Автореферат (Создание и исследование полирядного конденсатного насоса первого подъема с мультипланными рабочими органами)

2Работа выполнена на кафедре «Гидравлики и гидравлических машин» Федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования«Национальный исследовательский университет «МЭИ».Научный руководитель:Официальныеоппоненты:Моргунов Геннадий Михайловичдоктор технических наук, профессоркафедры «Гидравлики и гидравлическихмашин» ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»Хаустов Александр Ивановичдоктор технических наук, профессор кафедры«Экологии, систем жизнеобеспечения ибезопасности жизнедеятельности»ФГБОУ ВО «МАИ (НИУ)».Петров Алексей Игоревичкандидат технических наук, доцент кафедры«Гидромеханики, гидромашин игидропневмоавтоматики»ФГБОУ ВО МГТУ им. Н.

Э. БауманаВедущая организация:ООО «УК «Группа ГМС»Защита диссертации состоится 27 июня 2018 года в 16:00 на заседании диссертационногосовета Д 212.157.20 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» по адресу: 111250, г. Москва, ул.Красноказарменная, д. 17, корпус Б, ауд.

Б-407.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» и на сайтеwww.mpei.ru.Автореферат разослан «__» ___________ 2018 г.Ученый секретарь диссертационного советаД 212.157.20 к.т.н., доцентЛебедева А. И.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫДиссертационная работа посвящена научно-исследовательской разработке посозданию предвключенного конденсатного насоса (КН1) в составе единого однокорпусногоагрегата конденсатных насосов (АКН) первого и второго подъемов, обладающего при прочихравных условиях повышенными антикавитационными качествами с удовлетворениемтребуемым массогабаритным и энергетических показателям.Актуальность исследования.Актуальность исследования определяется возрастающими требованиями понадежности и ресурсу основного насосного оборудования питательных систем ТЭС и АЭС исозданием новых конструкций мощных гидроэнергетических машин для повышениядолговечности их функционирования при удовлетворении экстремальным показателям помощности при сохранении энергоэффективности.

Повышение единичной мощностиэнергоблока (ЭБ) ТЭС и АЭС приводит к возрастанию мощности, а, следовательно, напора,подачи и требований к антикавитационным качествам насосного оборудования питательнойподсистемы.В энергоблоках станций насосы основного цикла являются наибольшимипотребителями энергии в системе собственных нужд. Важнейшим резервом повышенияэффективности при генерации энергии является качественное функционирование насосногооборудования питательных систем ЭБ станции.

Увеличение мощности блоков электростанцииприводит, в свою очередь, к значительному росту собственной мощности энергетическихнасосов, которые определяют энергоемкость группы внутренних потребителей. Применениенасосов на ТЭС и АЭС с ЭБ мощностью 700 МВт и выше сопряжено с решением ряданеординарных технологических, конструкционных, производственных и эксплуатационныхзадач. Мировой опыт эксплуатации мощных ЭБ показывает, что к наиболеераспространённым причинам внеплановой остановки турбины относятся отказ отдельныхэлементов гидромашин питательной подсистемы и повреждения проточных частей насосов(ПЧ), вызванные, главным образом, кавитационным эрозионным износом рабочих органов(РО).

Таким образом, проблема создания новых гидравлических машин с значительнымснижением кавитационного износа является важной научно-практической задачей.В то же время опыт ведущих отечественных (АО «ГМС Ливгидромаш», Калужскийтурбинный завод и др.) и зарубежных (Sulzer, KSB) производителей энергетическогонасосного оборудования, свидетельствует о достижении близких к предельнымэнергокавитационных показателей конденсатных лопастных насосов. Переход к созданию ЭБ,основанных на работе сверхмощных паровых турбин, требует разработки принципиальноновых компоновок и конструкций насосного оборудования для качественногофункционирования питательной подсистемы. Одним из таких инновационных решенийявляется полирядный и мультипланный нагнетатель первого подъема в составе агрегатаконденсатных насосов питательной системы ТЭС. Данная разработка может найтиприменение и в других энергетических объектах, где основным показателем качества являетсяповышенные антикавитационные свойства, например, предвключенные бустерные насосыкрупных ЭБ.Целью диссертационной работы является создание и исследование рабочегопроцесса конденсатного насоса первого подъема, обеспечивающего повышенныеантикавитационные свойства, и функционирующего в составе инновационного агрегатаконденсатных насосов питательной системы энергоблока.4Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:Определены достоинства и недостатки существующих вариантов исполнениясовременных конденсатных насосов и способы повышения их антикавитационныхкачеств.Обоснована научно-практическая актуальность создания и внедрения конструкцийнасосов с полирядными рабочими колесами (РК) и соответствующими направляющимиаппаратами (НА), лопасти и лопатки которых выполнены в виде мультипланных решеток.Разработана конструкция предлагаемого образца полирядного мультипланного насоса иреализованы многофакторные компьютерные эксперименты на базе программныхпродуктов 3D-метода МЭИ и хорошо зарекомендовавшего комплекса ANSYS CFX.По результатам изучения пространственных гидродинамических свойств теченийжидкости в предлагаемых рабочих элементах, произведена оптимизация геометрическихпараметров РК и НА по антикавитационным показателям с сохранением энергетическихсвойств.Создан экспериментальный стенд и изготовлена маломасштабная модель полирядногомультипланного насоса с дальнейшим проведением физических экспериментов,позволивших подтвердить работоспособность предлагаемой конструкции и достиженияповышенных антикавитационных свойств в сравнении с осевым однорядныммонопланным (традиционным) насосом малой быстроходности.Научная новизна:Разработана полирядная конструкция конденсатного насоса, обеспечивающаябескавитационную работу в диапазоне подач Q = 0,425 – 0,65 м3/с.На основе компьютерных экспериментов разработана методика проектированияполирядных и мультипланных рабочих органов.На основании экспериментальных методов установлены повышенные кавитационныезапасы предлагаемых полирядных мультипланных рабочих органов насоса по сравнениюс аналогом, выполненным с осевым рабочим колесом низкой быстроходноститрадиционного исполнения.Экспериментально установлены основные зависимости полирядного мультипланногонасоса: КПД η = f(Q), напора H = f(Q), а также значения кавитационного запаса Δh.На защиту выносятся следующие положения:Схемотехнические решения и результаты концептуально-структурного синтеза единогоагрегата конденсатных насосов, компоновка которого включает в себя подпорныенагнетатели первого (КН1) подъема, расположенные центрально-симметрично, и одноговысокооборотного насоса второго подъема (КН2).Проектно-конструкторская разработка насоса первого подъема КН1 с осевыми рабочимиорганами низкой быстроходности новой трехрядной структуры параллельного действия смультипланными решетками рабочего колеса и направляющего аппарата в каждом ряде.Установленные на уровне компьютерных экспериментов, с привлечениемспециализированного программного обеспечения 3D-метода МЭИ и универсальногопрограммного продукта ANSYS CFX, эксплуатационные свойства разработанного насоса ссохранением приемлемых энергетических показателей.5Подтверждение на основе результатов физических экспериментов ожидаемыхпреимуществ насоса трехрядной конструкции перед насосом-аналогом с осевымирабочими органами низкой быстроходности, выполненными по классической структуре,по антикавитационным свойствам.Практическая значимость результатов диссертационной работы:Разработана конструкция агрегата конденсатных насосов для конденсатного трактапитательной подсистемы энергоблока, исключающая или снижающая отдельныенедостатки существующих конденсатных агрегатов.Разработана конструкция насоса первого подъема в составе агрегата с полирядными имультипланными рабочими органами и выработана методика их проектирования,позволяющая создать конструктивные решения, которые могут быть использованы внасосах промышленного назначения.Выработаны рекомендации по технологии изготовления полирядных мультипланныхрабочих органов, обеспечивающие изготовление рабочих органов трехрядноймультипланной гидромашины с высокой степенью точности.Осуществлены расчетно-теоретические исследования течения в проточной частиполирядного насоса, позволяющие прогнозировать энергокавитационные характеристикигидромашин с подобной формой гидравлической части.Спроектирован, изготовлен и испытан пилотный образец конденсатного насоса сполирядной проточной частью, показавший качественное повышение антикавитационныхсвойств по сравнению с традиционным осевым насосом низкой быстроходности.Степень достоверности полученных результатов определяется:Надежно апробированными универсальным (ANSYS CFX) и специализированным (3Dметод МЭИ) программными продуктами на этапах концептуального и структурнопараметрического синтезов нового насоса.Созданием стенда с приборно-измерительным оборудованием, соответствующегоизвестным требованиям и рекомендациям.Экспериментальнымиданными,полученнымипорезультатамиспытаниямаломасштабного пилотного образца вертикально расположенного осевого конденсатногонасоса низкой быстроходности с полирядным и мультипланным исполнением рабочихорганов.Личный вклад автора заключается в следующем:Проведениинаучно-прикладноголитературно-патентногообзораианализеэксплуатационных данных в предметной области функционирования конденсатныхнасосов.Осуществлении комплекса проектно-исследовательских работ по созданию проектногооблика и конструкции гидромашины нового типа.Реализации серии компьютерных экспериментов с отработкой элементов проточной частиданного насоса до уровня обоснованного прогноза достижения практическибескавитационной работы в диапазоне подач агрегата конденсатных насосов Q = (0,85 –1,3) м3/с.Проектировании и изготовлении пилотного маломасштабного образца полирядногоконденсатного насоса и испытательного стенда, проведении физических экспериментов.6Обобщении полученных результатов с рекомендацией их использования в качествеэффективного насоса первого подъема в составе питательных систем энергоблока.Внедрение.Результаты диссертационной работы предполагается использовать в разработкахфирмы АО «ГМС Ливгидромаш», что подтверждает акт о внедрении.Апробация работы.Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: заседанияхкафедры «Гидравлики и гидравлических машин» НИУ МЭИ в 2015 – 2017 годах;Международных ежегодных научно-технической конференциях «Гидравлические машины,гидроприводы и гидропневмоавтоматика» в 2013 - 2016 гг., Москва, МГТУ им.