浅析导流板与蝶阀对中低压连通管内流场的影响
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
为 ３ ． ２ 。
厚度 的圆弧形导 流板 ； 同时为满 足供热抽 汽要求 ， 将在 中压缸
两 排 汽 管 道 内蒸 汽混 合 后 的 区 域 内 设 置 蝶 阀 ， 该 蝶 阀装 置 可 能
蝶阀开 度 为 ８ ５ 。 时 网格 总数 约 为 ９ ６万 ， 最 小 正 交 性 为
７ ． ８ 。 ， 最大长宽 比 ２ ３ １ ， 最 大延 展 比为 ３ ． ２ 。
缸 的排 汽 经 过 中低 压 连 通 管 和 调 节 蝶 阀 进 入 低 压 缸 ， 蒸 汽 在 连
（ ａ ）无 蝶 阀 （ ｂ）蝶 阀开 度 ８ ５ 。 （ ｃ ） 蝶 阀 开度 ４ ５ 。
通管 中流动至少经历一次混合 、 一次分流 、 两次 ９ Ｏ 。 角折转和蝶 阀的节流作用 ， 必 将伴 随一定 的压力 损失＿ ２ ］ 。为避免 中压缸 两根排汽管道内的蒸汽在混合时引起较大的流动损失 ， 并避免
型， 可以很好地保证模 拟计算结果的鲁棒性和准确性 。
中压 缸 排 汽 和 低 压 缸 进 汽 部 分 的 管 道 内 径 均 为 一
１ ２ ０ ０ ｍｍ， 汇合后蒸汽管道 内径为 一１ ７ ０ ０ ｍｍ， 管道折转处 为圆弧过渡 ； 圆弧形 导流板位 于接近 于管道 中心 处 ， 厚 度取 为 １ ０ ｒ ｌ ｌ ｌ Ｔ ｌ ￣ 调节蝶 阀靠近蒸 汽排汽 管道位置 ， 直径 为 １ ６ ０ ０ ｍｍ。 为了能够避免人为设置边界条件掩盖 了对 中排两侧 的影响 ， 中
关键词 ： 导流板 ； 蝶阀； 连通 管 ； 流 场
０ 引 言
具 有 发 电和 供 热 功 能 的 大 型 热 电 联 供 汽 轮 机 组 目前 得 到 了越 来 越 广 泛 的应 用 。供 热 抽 汽 调 节 可 分 为 外 部 调 节 和 内 部 调节 ， 外 部 调 节手 段 一 般是 从 汽 轮机 各 抽 汽 口或 管 道 上 引 出蒸
冯 国强 丁 雨
（ 北 京全 四维动力 科技有 限公 司 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ５ ） 摘 要： 采用 数值模 拟 的方 法对某 大 型机组 中低压 连通管 内的流场作 了详细 分析 ， 研 究 了导流 板 附近 流场 及 蝶 阀开 度对 中压缸 排 汽
管道 和低压 缸进汽 管道蒸 汽流 量分配 、 压力 损失及 速度场 的影 响 ， 以减 少蝶 阀对机 组运行 的不 良影 响 。
两 低 压 缸 进 汽流 量 偏 差 过 大 ， 在 原 中低 压 连 通 管 内设 置 有 一 定
图 ２ 连 通 管 和 蝶 阀 几何 模 型示 意 图
１ ＿ ２ 网格 设 置
计算 网格采用全六 面体非结 构 网格 。无 蝶 阀时 网格 总数
约为 ６ ８万 ， 最 小 正交 性为 ２ ４ 。 ， 最 大 长宽 比 ２ ３ １ ， 最 大 延 展 比
何模型示意图。
汽， 通过外部 加装 减温减 压装 置等 调节设 备 ， 满 足抽 汽要 求 。 此种方式调节范围有 限， 且往往效率 不高。内部 调节是通过旋
转隔板或 阀门等设备 ， 使抽出的蒸 汽满足抽汽要求 。此方式效
率较高 ， 调整 范 围也 比较 大 ］ 。
本文 的研究对象 为引进型 四缸 四排汽 亚临界 ６ ０ ０ ＭＷ 机 组 的中低压连通管 。该机组 拟进行 中低压连通 管抽汽 供热改 造， 在中低压连通 管上打孔 抽汽 ， 并加装调 节蝶 阀。双 流 中压
设备管理与改造◆ｓ ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ｇ ｕ ａ ｎ ¨ ｙ ｕ Ｇ ａ ｉ ｚ ａ ｏ
－
Ｊ ＿ 目 ‘ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ － ． ＿ － ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ． － － ＿ 一
ห้องสมุดไป่ตู้
浅 析 导流板 与蝶 阀对 中低 压 连通 管 内流 场 的影 响
３ 边 界 条 件
边界条件设置根据 机组热平 衡计算 结果按 不 同工况分 别
ptinptoutp1蒸汽密度kg较小这也肯定了圆弧形导流板的导流作用压逐渐降低在距离汽流进口较近的低压缸进口管道处压力最加蝶阀后截面上压力急剧下降中截面总压分布蒸汽流入中压缸两排汽管道后两根管道内流动逐渐趋于平稳连通管两个90弯管附近从弯管内侧往弯管外侧压力逐步增大这与弯道汽流受离心力的影响有关67见其圆弧形状可以很好地保证汽流顺畅流动降低了中压缸两股蒸汽混合时对汽流冲撞造成振动的可能也减少了连通管的压力损失导流板b的导流作用而保证了低压缸两进汽管道的蒸汽参数差别较小45时蝶阀上下游蒸汽压力变化非常明显而加大了低压缸两排汽管道的蒸汽参数变化也使得压力损失进一步增加b有较好的顺流和分流作用使得两进口汽流有很好的混合而出口汽流近乎均匀地分流于两出汽口管道内在蝶阀后出现回流并影响到距离蝶阀较近的出口当蝶阀开度增加到45时通过面积明显不低压缸两根进汽管道的蒸汽参数的差别对位置提供了一定的依据
会对中压缸 和低压 缸的蒸汽 参数造成 影响进 而影响机组 的运 行 。为此 ， 本文针对加装蝶 阀前后连通管 内蒸汽流动情 况进行 了详细分析 ， 通过变化连通管进排汽管道 的蒸汽参数模 拟抽汽 工况 ， 对在不 同开度下蝶 阀对 中压缸排汽和低压缸进 汽蒸汽参
数 的 影 响作 了对 比研 究 。
２ 计算 方法
采用计算 流体 软件对不 同几何 模型进 行计算 分析 。该 软 件采用时间相关法 求解雷诺 平均 Ｎ － Ｓ方 程 。空间离 散选用二 阶精度的中心离散格式 ， 时间离散选用 四阶精度格式 。计算残 差收敛到一３ 或 一４的量 阶。湍流模型采用 Ｓ — Ａ一方程湍 流模
图 １ 机 组布 置 示 意 图
蝶 阀开度 为 ４ ５ 。 时 网格 总 数 约 为 ９ ２万 ， 最 小 正 交 性 为
８ ． １ 。 ， 最大长宽 比 ２ ３ １ ， 最 大延 展 比为 ３ ． ２ 。
第一层 网格距 离壁 面 １ Ｅ － ５ ｍ， 保证较好的壁 面附近流场模 拟。无蝶 阀时壁面网格分布如图 ３ 所示 。
压 缸 排 汽 管道 作适 当的 延 伸并 汇 于 一 根 椭 圆 管 ， 该 处 设 置 统 一
进 口条件 ， 而低压缸进汽处 的管道也作相应 的延伸 以保证管道
出 口前 的 蒸 汽平 稳 流 动 。为研 究 方 便 ， 本 文 简 化 了 调 节 蝶 阀 的
几何模型 ， 用简单 的圆形板代替 构造复杂 的蝶 阀， 并忽 略 了膨 胀节 、 法兰等零件对管道汽流的影响 。图 ２为连通管 和蝶 阀几
１ 几 何 模 型 和 网 格
１ ． １ 几 何 模 型
该 机 组 为 四缸 四 排汽 ， 双 流 中 压缸 排 汽 经 连 通 管 汇 集 通 人 两 个 双 流低 压 缸 。机 组 布置 示 意 图如 图 １ 所示 ， 其 中虚 线 内 为 本 文所 研 究 的 区域 。
研究对象
圈 ３ 无蝶 阀连 通 管 网格 分 布
厚度 的圆弧形导 流板 ； 同时为满 足供热抽 汽要求 ， 将在 中压缸
两 排 汽 管 道 内蒸 汽混 合 后 的 区 域 内 设 置 蝶 阀 ， 该 蝶 阀装 置 可 能
蝶阀开 度 为 ８ ５ 。 时 网格 总数 约 为 ９ ６万 ， 最 小 正 交 性 为
７ ． ８ 。 ， 最大长宽 比 ２ ３ １ ， 最 大延 展 比为 ３ ． ２ 。
缸 的排 汽 经 过 中低 压 连 通 管 和 调 节 蝶 阀 进 入 低 压 缸 ， 蒸 汽 在 连
（ ａ ）无 蝶 阀 （ ｂ）蝶 阀开 度 ８ ５ 。 （ ｃ ） 蝶 阀 开度 ４ ５ 。
通管 中流动至少经历一次混合 、 一次分流 、 两次 ９ Ｏ 。 角折转和蝶 阀的节流作用 ， 必 将伴 随一定 的压力 损失＿ ２ ］ 。为避免 中压缸 两根排汽管道内的蒸汽在混合时引起较大的流动损失 ， 并避免
型， 可以很好地保证模 拟计算结果的鲁棒性和准确性 。
中压 缸 排 汽 和 低 压 缸 进 汽 部 分 的 管 道 内 径 均 为 一
１ ２ ０ ０ ｍｍ， 汇合后蒸汽管道 内径为 一１ ７ ０ ０ ｍｍ， 管道折转处 为圆弧过渡 ； 圆弧形 导流板位 于接近 于管道 中心 处 ， 厚 度取 为 １ ０ ｒ ｌ ｌ ｌ Ｔ ｌ ￣ 调节蝶 阀靠近蒸 汽排汽 管道位置 ， 直径 为 １ ６ ０ ０ ｍｍ。 为了能够避免人为设置边界条件掩盖 了对 中排两侧 的影响 ， 中
关键词 ： 导流板 ； 蝶阀； 连通 管 ； 流 场
０ 引 言
具 有 发 电和 供 热 功 能 的 大 型 热 电 联 供 汽 轮 机 组 目前 得 到 了越 来 越 广 泛 的应 用 。供 热 抽 汽 调 节 可 分 为 外 部 调 节 和 内 部 调节 ， 外 部 调 节手 段 一 般是 从 汽 轮机 各 抽 汽 口或 管 道 上 引 出蒸
冯 国强 丁 雨
（ 北 京全 四维动力 科技有 限公 司 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ５ ） 摘 要： 采用 数值模 拟 的方 法对某 大 型机组 中低压 连通管 内的流场作 了详细 分析 ， 研 究 了导流 板 附近 流场 及 蝶 阀开 度对 中压缸 排 汽
管道 和低压 缸进汽 管道蒸 汽流 量分配 、 压力 损失及 速度场 的影 响 ， 以减 少蝶 阀对机 组运行 的不 良影 响 。
两 低 压 缸 进 汽流 量 偏 差 过 大 ， 在 原 中低 压 连 通 管 内设 置 有 一 定
图 ２ 连 通 管 和 蝶 阀 几何 模 型示 意 图
１ ＿ ２ 网格 设 置
计算 网格采用全六 面体非结 构 网格 。无 蝶 阀时 网格 总数
约为 ６ ８万 ， 最 小 正交 性为 ２ ４ 。 ， 最 大 长宽 比 ２ ３ １ ， 最 大 延 展 比
何模型示意图。
汽， 通过外部 加装 减温减 压装 置等 调节设 备 ， 满 足抽 汽要 求 。 此种方式调节范围有 限， 且往往效率 不高。内部 调节是通过旋
转隔板或 阀门等设备 ， 使抽出的蒸 汽满足抽汽要求 。此方式效
率较高 ， 调整 范 围也 比较 大 ］ 。
本文 的研究对象 为引进型 四缸 四排汽 亚临界 ６ ０ ０ ＭＷ 机 组 的中低压连通管 。该机组 拟进行 中低压连通 管抽汽 供热改 造， 在中低压连通 管上打孔 抽汽 ， 并加装调 节蝶 阀。双 流 中压
设备管理与改造◆ｓ ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ｇ ｕ ａ ｎ ¨ ｙ ｕ Ｇ ａ ｉ ｚ ａ ｏ
－
Ｊ ＿ 目 ‘ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ － ． ＿ － ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ． － － ＿ 一
ห้องสมุดไป่ตู้
浅 析 导流板 与蝶 阀对 中低 压 连通 管 内流 场 的影 响
３ 边 界 条 件
边界条件设置根据 机组热平 衡计算 结果按 不 同工况分 别
ptinptoutp1蒸汽密度kg较小这也肯定了圆弧形导流板的导流作用压逐渐降低在距离汽流进口较近的低压缸进口管道处压力最加蝶阀后截面上压力急剧下降中截面总压分布蒸汽流入中压缸两排汽管道后两根管道内流动逐渐趋于平稳连通管两个90弯管附近从弯管内侧往弯管外侧压力逐步增大这与弯道汽流受离心力的影响有关67见其圆弧形状可以很好地保证汽流顺畅流动降低了中压缸两股蒸汽混合时对汽流冲撞造成振动的可能也减少了连通管的压力损失导流板b的导流作用而保证了低压缸两进汽管道的蒸汽参数差别较小45时蝶阀上下游蒸汽压力变化非常明显而加大了低压缸两排汽管道的蒸汽参数变化也使得压力损失进一步增加b有较好的顺流和分流作用使得两进口汽流有很好的混合而出口汽流近乎均匀地分流于两出汽口管道内在蝶阀后出现回流并影响到距离蝶阀较近的出口当蝶阀开度增加到45时通过面积明显不低压缸两根进汽管道的蒸汽参数的差别对位置提供了一定的依据
会对中压缸 和低压 缸的蒸汽 参数造成 影响进 而影响机组 的运 行 。为此 ， 本文针对加装蝶 阀前后连通管 内蒸汽流动情 况进行 了详细分析 ， 通过变化连通管进排汽管道 的蒸汽参数模 拟抽汽 工况 ， 对在不 同开度下蝶 阀对 中压缸排汽和低压缸进 汽蒸汽参
数 的 影 响作 了对 比研 究 。
２ 计算 方法
采用计算 流体 软件对不 同几何 模型进 行计算 分析 。该 软 件采用时间相关法 求解雷诺 平均 Ｎ － Ｓ方 程 。空间离 散选用二 阶精度的中心离散格式 ， 时间离散选用 四阶精度格式 。计算残 差收敛到一３ 或 一４的量 阶。湍流模型采用 Ｓ — Ａ一方程湍 流模
图 １ 机 组布 置 示 意 图
蝶 阀开度 为 ４ ５ 。 时 网格 总 数 约 为 ９ ２万 ， 最 小 正 交 性 为
８ ． １ 。 ， 最大长宽 比 ２ ３ １ ， 最 大延 展 比为 ３ ． ２ 。
第一层 网格距 离壁 面 １ Ｅ － ５ ｍ， 保证较好的壁 面附近流场模 拟。无蝶 阀时壁面网格分布如图 ３ 所示 。
压 缸 排 汽 管道 作适 当的 延 伸并 汇 于 一 根 椭 圆 管 ， 该 处 设 置 统 一
进 口条件 ， 而低压缸进汽处 的管道也作相应 的延伸 以保证管道
出 口前 的 蒸 汽平 稳 流 动 。为研 究 方 便 ， 本 文 简 化 了 调 节 蝶 阀 的
几何模型 ， 用简单 的圆形板代替 构造复杂 的蝶 阀， 并忽 略 了膨 胀节 、 法兰等零件对管道汽流的影响 。图 ２为连通管 和蝶 阀几
１ 几 何 模 型 和 网 格
１ ． １ 几 何 模 型
该 机 组 为 四缸 四 排汽 ， 双 流 中 压缸 排 汽 经 连 通 管 汇 集 通 人 两 个 双 流低 压 缸 。机 组 布置 示 意 图如 图 １ 所示 ， 其 中虚 线 内 为 本 文所 研 究 的 区域 。
研究对象
圈 ３ 无蝶 阀连 通 管 网格 分 布