船舶主汽轮机撤汽管路系统撤汽性能分析.pdf

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1、第４４卷第６期船海工程Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．６２０１５年１２月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤｅｃ．２０１５ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１５．０６．０１７船舶主汽轮机撤汽管路系统撤汽性能分析杨元龙（中国舰船研究设计中心，武汉４３００６４）摘要：为提高船舶主汽轮机的机动性和热力系统汽水稳定循环特性，明晰船舶主机撤汽过程中撤汽系统性能，以某船主汽轮机撤汽管路系统为原型，基于船舶蒸汽动力系统设计经验分析主汽轮机撤汽系统运行机理，利用ＣＦＤ数值模拟的方法计算主机撤汽管路系统压力场和流

2、速场的稳态变化特性，结果表明，在主机撤汽过程内，撤汽流速逐渐增大，撤汽温度略有升高，撤汽湍动能和壁面剪切应力快速升高，撤汽压力不断降低，撤汽流量不断升高，由此判定船舶主机撤汽方法满足主汽轮机机动性和热力系统的性能要求，供实船蒸汽动力系统设计参考。关键词：主汽轮机；撤汽性能；废汽系统；ＣＦＤ中图分类号：Ｕ６６４．５文献标志码：Ａ文章编号：１６７１-７９５３（２０１５）０６-００７３-０４船舶主汽轮机的撤汽性能是船舶蒸汽动力系要集中于船舶自然滑行条件下住汽轮机回汽制动［５-６］统设计中的一个重要技术指标。主机撤汽能力的特

3、性和船用汽轮机功频控制系统的ＰＩＤ仿真［７-８］强弱不仅影响船舶主汽轮机组的机动能力，更制分析。鉴于船舶主汽轮机设计技术的封锁，鲜约船舶汽水稳定循环的复杂热力系统与多型汽轮有关于主汽轮机撤汽性能研究的文献报道。本文［１-２］辅机（如涡轮增压机组、汽轮给水泵、汽轮滑基于实船蒸汽动力系统设计经验，分析主汽轮机［３-４］油泵等）滑参数做功的匹配性能。在船舶的撤汽系统运行机理；利用ＣＦＤ方法数值模拟了主热力系统运行过程中，使各型辅助背压式汽轮机机撤汽管路系统压力场和流速场的稳态变化规做完功的具有较高品质的蒸汽汇总于废汽母管，

4、律，计算结果与试验数据吻合较好；引入实际热力废汽通过母管去其他蒸汽用户（如除氧器、冷凝系统设计参数作为动态计算的边界条件，得到撤器等），从而构成经典式汽水循环热力系统。但汽时间、撤汽压力和撤汽流量等关键性能参数的主汽轮机处于高工况运行时，基于船舶动力系统动态变化特性，从而为船舶主汽轮机性能的设计运行经验，发现除氧器预热蒸汽流量不足现象。及热力系统的优化提供技术支撑。为合理匹配废汽母管耗汽压力和流量，且不影响１撤汽机理分析主汽轮机组的机动性能，从高压汽轮机和低压汽轮机的蒸汽连接管路中抽取部分蒸汽，补给高负图１所示为主汽

5、轮机撤汽系统结构原理图。荷运行条件下的废汽总管，建立主汽轮机组的撤汽系统。主机撤汽系统运行特性对船舶热力系统稳定循环造成很大影响，因此准确揭示船舶主汽轮机撤汽性能对船舶蒸汽动力系统稳定安全运行极其重要。目前对船舶主汽轮机组运行特性的研究，主收稿日期：２０１５－０７－０６图1撤汽系统结构原理示意修回日期：２０１５－０８－０３基金项目：国家自然科学基金（５１３０９０６３）该撤汽系统装置由高压汽轮机、低压汽轮机、第一作者简介：杨元龙（１９８６－），男，硕士，工程师废汽母管及其他蒸汽用户组成。高、低压汽轮机研究方向：舰船蒸汽

6、动力系统设计及性能仿真的连通管用于将高压汽轮机做完功的具有高品质E-mail：ｌｏｎｇ３１６０９＠１６３．ｃｏｍ的蒸汽通入低压汽轮机继续做功，产生推力而推７３２０１５年船海工程杨元龙：船舶主汽轮机撤汽管路系统撤汽性能分析第６期第４４卷动船舶航行。连通管和废汽母管之间的撤汽管路系统用于抽出部分高压汽轮机做完功的蒸汽，引入废汽母管来补充废汽较高的耗汽量。基于系统特性分析，主机撤汽技术是在主汽轮机高工况运行时，在不影响主机机动性能基础上，将高低压连通管中高品质的蒸汽抽出，对废汽母管进行补汽。基于设计本质分析，撤汽管路系统是

7、蒸汽动力管网中多型管路图谱，用于合理配置流动阻力，以匹配不同热力系统接口参数。基于运行机理分析，由于主汽轮机汽缸及叶栅结构图2撤汽管路结构强度的限制，主机不允许长时间撤汽，因此在规定的撤汽时间范围内，需要合理匹配主汽系统和废汽系统的流量，并准确控制废汽母管中高低参数蒸汽掺混的不可逆热力过程。２数学物理模型由于船舶主汽轮机撤汽过程是很复杂的热工水力演变过程，伴随着流动、传热和热力学参数转换过程。根据实际系统管网配置结构，基于ＩＣＥＭ软件进行撤汽管路物理模型的简化和构图3网格模型建，然后利用ＣＦＸ１２软件的前处理和后处理

8、模块算撤汽管路系统的流动与传热规律，采用标准k-［１０］求解质量方程、动量方程、能量方程和湍流方程，ε湍流模型计算撤汽系统湍流脉动规律。其采用全隐式耦合算法迭代计算流速与压力的耦合输运方程表达式见参考文献［１１］。求解过程，最终完成撤汽管路系统数值计算模型2．3边界条件的建模、离散与求解。根据实际船舶高压汽轮机、低压汽轮机和废2．1物理网格模型