CN103742445B

CN103742445B - 一种核主泵极大流量水力设计方法

Info

Publication number: CN103742445B
Application number: CN201310744542.5A
Authority: CN
Inventors: 付强; 朱荣生; 王秀礼
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103742445A

Abstract

本发明提供了一种核主泵极大流量水力设计方法，特别涉及失水事故下核主泵具有极大效率的设计方法。利用以下关系式来确定叶轮的主要几何参数，主要包括：叶轮出口安放角，叶轮出口宽度，轮出口直径，第八断面等。用本发明设计的叶轮不仅改善了叶轮内的流动情况，同时提高了核主泵的性能和运行可靠性。

Description

一种核主泵极大流量水力设计方法

技术领域

本发明涉及到一种核主泵极大流量水力设计方法，特别涉及失水事故下核主泵具有极大效率的设计方法。

背景技术

核电站一回路反应堆冷却剂循环泵简称核主泵，是反应堆冷却系统（RCP）的重要组成部分，是核岛反应堆一回路压力边界重要组成部分，属于核安全Ⅰ级设备。核反应堆冷却剂泵运行时具有大流量、高扬程、高抗汽蚀要求等特点，同时还要满足热冲击和抗震等安全性要求，其设计技术难度大。特别是在失水事故下保证流量偏离设计点不远的同时具有极大效率且能很好的运行而冷却堆芯；传统设计方法中叶片出口角的选择具有盲目性，对影响失水事故下核主泵水力性能的重要参数叶片出口角、比转速等不能很好的控制，因此提出对核主泵在失水事故下极大效率设计方法相当有必要。

目前，国内核主泵的水力设计方法，仍然以速度系数法和相似设计理论为主，多采用理论与经验相结合的方法。速度系数法是一种基础的设计方法，它简化了流体在叶轮内的流动，形成所谓的一元、二元设计法，此设计法简便、可靠、实用、迅速，至今仍是水泵设计最为常用、最为有效的方法。但此方法对于经验较少的设计人员不适用，设计结果会存在很大偏差，没有针对核主泵在失水事故下具有极大效率进行考虑，造成核主泵的性能和可靠性偏低。

发明内容

为解决现有核主泵在失水事故下具有极大效率水力设计方法上的不足，本发明提供了一种核主泵在失水事故下具有极大效率的水力设计方法。利用以下几个关系式来确定叶轮的主要几何参数，主要包括：叶轮进口安放角，叶轮出口安放角叶轮出口宽度，叶轮出口直径，轮毂直径以及第八断面等达到水利设计要求。满足以下的参数约束方程组，我们可以确定核主泵在失水事故下设计的额定流量点附近有最大效率点，且在1.1左右的轴功率达到最大。本发明设计方法不仅改善了气液两相下核主泵内的流动情况，同时提高了核主泵在失水事故下的效率。实现上述目的所采用的技术方案:

1.目标函数的确定：

时，Q _x=1.1Q _t，处取得最大效率（）。

式中：

—叶轮进口安放角，取18°~25°；

d _h—叶轮轮毂直径；

—液体密度；

u ₂—叶轮出口圆周速度；

—滑移系数，取0.75~0.85；

—叶轮进口直径；

—叶轮进口宽度；

—叶片出口排挤系数，取0.87；

—叶轮出口安放角，取 20°~35°；

—任意工况下的流量。

F ₈—第八断面面积。

2.为保证失水事故下核主泵在极大流量工况时满足气液两相下高抗汽蚀性能的要求，则设计核主泵应当满足以下约束条件:

式中

—Stodola滑移系数，;

—叶轮出口绝对速度的垂直分量；

—叶轮出口圆周速度；

—叶轮出口安放角，取20°~30°；

—叶轮出口安放角，取15°~25°

—出口圆周速度系数，取1.042~1.048；

—叶轮比转速。

3.叶轮出口直径

式中：

—叶轮进口直径；

—圆周速度系数，取1.045~1.058；

n—叶轮转速。

4.叶轮出口宽度

式中

—叶轮出口绝对速度的垂直分量；

—排挤系数，取0.48~0.72；

—轴面速度系数，取0.030~0.042。

5.叶轮出口安放角

式中

—叶轮出口安放角，取20°~30°；

—比转速；

—出口圆周速度系数，取。

6.叶片数Z

式中

—叶轮进口直径；

—叶轮出口直径；

—叶轮进口安放角；

—叶轮出口安放角；

—叶片修正系数，取1.02。

叶片数的减小有利于可以消除扬程曲线驼峰，可以减少沿程水力摩擦损失，一般取Z=4~6。

7.喉部面积

式中

—额定流量；

—液体喉部流速；

—速度系数。

通过以上参数的控制，我们达到在失水事故下核主泵运行过程具有最大。

本发明的有益效果是：提高了核主泵在失水事故下的效率，同时提高了核主泵的抗汽蚀性能和运行可靠性，保证了核主泵在气液两相下极大流量工况时的无过载特性。

附图说明

图1是本发明一个实施例的叶轮轴面投影图。

图2是同一个实施例的叶轮叶片位置图。

图1中：—叶轮进口直径，—叶轮外径，—叶轮出口边宽度，1.前盖板，3.后盖板，4.轴孔。

图2中：2.叶片，—叶片出口安放角，Ψ—叶片包角。

具体实施方式

图1和图2共同确定了这个实施例的叶轮形状，为混流式叶轮。它主要由叶轮进口直径，叶轮外径，叶轮出口宽度，前盖板（1），叶片（2），后盖板（3），轴孔（4），叶片出口安放角，和叶片包角Ψ组成。本发明利用以下几个关系式来确定叶轮的主要几何参数，主要包括：叶轮外径，叶片出口边宽度，叶片出口安放角。关系式如下：

；

图中，，经试验发现，β ₂一般取20°~35°。

以上为本发明参照实施例所做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其它实施例或变形例。

Claims

1.一种核主泵极大流量水力设计方法，其特征在于，确定叶轮的几何参数：叶轮进口安放角，叶轮出口安放角，叶轮出口宽度，叶轮出口直径，轮毂直径以及第八断面达到水利设计要求；满足以下的参数约束方程组，确定核主泵在失水事故下设计的额定流量点附近有最大效率，且在1.1左右的轴功率达到最大；具体为：

目标函数的确定：

时，Q _x=1.1Q _t，处取得最大效率;

式中：

—叶轮进口安放角，取18°~25°；

d _h—叶轮轮毂直径；

—液体密度；

u ₂—叶轮出口圆周速度；

—滑移系数，取0.75~0.85；

—叶轮进口直径；

—叶轮进口宽度；

—叶片出口排挤系数，取0.87；

—叶轮出口安放角，取 20°~35°；

—任意工况下的流量;

F ₈—第八断面面积；

为保证失水事故下核主泵在极大流量工况时满足气液两相下高抗汽蚀性能的要求，则设计核主泵应当满足以下约束条件：

式中：

—Stodola滑移系数，;

—叶轮出口绝对速度的垂直分量；

—叶轮出口圆周速度；

—叶轮出口安放角，取20°~30°；

—叶轮进口安放角，取15°~25°；

—出口圆周速度系数，取1.042~1.048；

—叶轮比转速；

叶轮出口直径

式中：

—叶轮进口直径；

—圆周速度系数，取1.045~1.058；

n—叶轮转速；

叶轮出口宽度

式中：

—叶轮出口绝对速度的垂直分量；

—排挤系数，取0.48~0.72；

—轴面速度系数，取0.030~0.042；

叶轮出口安放角

式中：

—叶轮出口安放角，取20°~30°；

—比转速；

—出口圆周速度系数，取；

叶片数Z

式中：

—叶轮进口直径；

—叶轮出口直径；

—叶轮进口安放角；

—叶轮出口安放角；

—叶片修正系数，取1.02。

2.根据权利要求1所述的一种核主泵极大流量水力设计方法，其特征在于，叶片数的减小有利于消除扬程曲线驼峰，可以减少沿程水力摩擦损失，一般取Z=4~6；

喉部面积

式中：

—额定流量；

—液体喉部流速；

—速度系数。

3.根据权利要求1或2所述的一种核主泵极大流量水力设计方法，其特征在于，通过以上参数的控制，使在失水事故下核主泵运行过程具有最大效率。