船舶回汽制动对主蒸汽系统运行特性的影响.pdf

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1、第46卷第1期船海工程Vo1．46No．12017年2月SHIP＆0CEANENGINEERINGFeb．2017DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2017．01．013船舶回汽制动对主蒸汽系统运行特性的影响杨元龙(中国舰船研究设计中心，武汉430064)摘要：基于实际船舶蒸汽动力系统运行机制，解析船舶回汽制动过程，利用CFD方法计算正车工况下主蒸汽系统管路速度场和压力场的稳态分布规律；拟合并引入基于二次程序开发的正倒车回汽流量模型作为动态计算边界条件，动态计算分析回汽制动过程蒸汽流量变化对主蒸汽系统的影

2、响。结果表明，在回汽制动过程中，蒸汽分配箱、正车供汽管及倒车供汽管的最大压降满足主汽轮机操作规范要求。关键词：主汽轮机；回汽制动；主蒸汽系统中图分类号：U664．5文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)ol-0053-06在特殊条件下为加速航行蒸汽动力船舶制回汽制动过程理论模型。采用CFD数值仿真方动，蒸汽动力船舶大多采用正倒车汽轮机回汽制法计算了主机正车工况下主蒸汽系统管路速度场动的方式，即快速开大倒车汽轮机进汽阀且同步和压力场的稳态分布特性，模拟结果与试验数据缓慢关小正车汽轮机的进汽阀门，促使推进的汽吻合较好

3、，从而验证了数值计算模型的准确性。轮机紧急快速制动_1。。推进汽轮机回汽制动可建立回汽制动过程中正倒车汽轮机的耗汽量模以快速实现主汽轮机转速归零，规避支撑轴承和型，并通过CFD仿真计算，揭示回汽制动过程对推力轴承磨损烧瓦的风险，提高蒸汽动力系统的正车和倒车蒸汽系统流量、压力、流速，以及湍动安全性，但却极大地影响了船舶蒸汽系统的稳定能等关键性能参数的动态影响规律。性。在船舶蒸汽制动过程中，为正车汽轮机输送1回汽制动机理高温高压蒸汽的主蒸汽系统耗汽量缓慢减小，为倒车汽轮机输送高温高压蒸汽的主蒸汽系统耗汽图1所示为主汽轮机回汽制动原理

4、。主汽轮量快速增大，且由于增压锅炉系统的自身热惯性机制动系统主要由正车汽轮机、倒车汽轮机、蒸汽而促使过热蒸汽压力快速升高_2刮，故汽轮机回汽分配箱、主蒸汽管路及减速器组成。在船舶正常制动的方法导致主蒸汽系统的蒸汽流量、工作压航行工况，过热蒸汽系统经蒸汽分配箱后带动正力和温度等关键性能参数交替扰动，因此需研究车汽轮机或倒车汽轮机单独运行，再经过减速器船舶回汽制动对主蒸汽系统运行特性影响的规律。减速后，驱动螺旋桨旋转产生推力，推动船舶航目前国内外学者对蒸汽动力船舶回汽制动过行。在回汽制动工况，逐步减小正车汽轮机的进程做了大量研究，大

5、多学者利用综合数值仿真平汽量，同时蒸汽分配箱将过热蒸汽供向倒车汽轮台，采用正、倒车汽轮机功率仿真模型，研究了船机做功，以减速器为着力点，倒车汽轮机提供与正舶回汽制动过程中正、倒车汽轮机转速和功率匹车汽轮机转速相反的作用力。随着倒车汽轮机耗配关系，以及船体的滑行特性J。但鉴于船舶主过热蒸汽汽轮机设计技术的封锁，鲜有关于船舶回汽制动对主蒸汽系统运行特性影响研究的文献报道。本文根据船舶蒸汽动力系统设计理论，分析了船舶收稿日期：2016—05—29修回日期：2016—06—17基金项目：国家自然科学基金资助项目(51309063)第一作

6、者：杨元龙(1986一)，男，硕士，工程师研究方向：舰船蒸汽动力系统设计及性能仿真图1回汽制动原理532第0171期芷杨元龙：船舶回汽制动对主蒸汽系统运行特性的影响船海工程第46卷汽量增大且正车汽轮机耗汽量减少，正、倒车转矩平衡，减速器转速为零，进而实现船舶回汽制动～。2数学物理方程根据船舶主蒸汽系统管路配置结构，利用ICEM软件开展主蒸汽管路几何模型搭建，然后图3网格模型基于CFX13流体计算软件自带的前处理和求解2．2数学方程器模块求解数学方程，主要包括连续性方程、Ⅳ-s连续性方程：方程和能量方程。为匹配求解方程与参数的数O

7、(pw)量，湍流方程采用标准k-e湍流模型lL8j，最终完成+++一0(1)otOxOyOz主蒸汽系统计算域的物理建模、网格划分、数值离Ⅳ-S方程：散及迭代计算。2．1物理建模及网格划分p(+“++Ou)=2图2所示为船舶主蒸汽系统管路结构。主蒸Ox+I[O2U+01A02U](2)pF一+2汽系统管路主要由1#、2#进汽管路、蒸汽分配箱、av正车汽轮机供汽管路及倒车汽轮机供汽管路组p(_ov+u++)：成。过热蒸汽经过1}}、2#进汽管流入蒸汽分配Mp箱，再经过蒸汽分配箱分别供给正、倒车汽轮机做pFy—_叫OX2+0_~2U+

8、_o2yv_／](3)a功。主蒸汽管路几何规格参数见表1。p(+uwO批++伽Ow)=1#进汽JD一叫(02w++)(4)能量方程：OT=(A)+(A)+蒸汽(A)+(5)图2主蒸汽管路结构式中：M(i=1，2，3)为流速；p为密度；t为时间；p表1主蒸汽管路几