CN103821772A - 一种改进型控制棒驱动机构冷却风机 - Google Patents

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张胜昌
张国荣
江杨
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Abstract

本发明公开一种改进型控制棒驱动机构冷却风机，包括支座，风机本体，出风口锥管及风阀，其中所述风机本体包括风筒，所述风筒下端设有进风口，所述风筒内部依次设有动叶，轮毂，导叶，内机匣及驱动风机，所述驱动风机安装在所述内机匣内，所述风筒包括下部和上部，所述导叶设于所述上部与所述下部的交接处，所述下部为圆柱形，所述上部为倒锥形，且所述上部的单边扩散角为5~20°，所述出风口锥管截面呈梯形，且单边扩散角与所述上部的单边扩散角相同，所述出风口锥管上端的出风口内径为1150~1350mm。本发明所揭示的一种改进型控制棒驱动机构冷却风机，具有结构简单新颖，能够减小风机扩压过程中压力损失，提高压力裕量，从而提高风机的安全可靠性。

Description

一种改进型控制棒驱动机构冷却风机
技术领域
    本发明涉及一种冷却风机，具体涉及一种改进型控制棒驱动机构冷却风机。
背景技术
控制棒驱动机构冷却风机是一种用于第三代核电机组一体化堆顶组件控制棒驱动机构通风冷却系统，其作用是为控制棒驱动机构提供强迫冷却空气，以维持控制棒驱动机构线圈组件正常工作所需的温度，且不超过限定值，该风机的性能直接影响反应堆驱动机构的安全性与可靠性。
控制棒驱动机构冷却风机为立式轴流风机，要求压力高、尺寸小，且需有较高的压力裕量，以提高全可靠性，故均具有大轮毂比（轮毂直径与叶轮直径的比值）的结构特征，目前已知工程堆顶风机轮毂比一般为0.7左右,因此控制棒驱动机构冷却风机具有高排气速度、高动压的气动特征。
现有控制棒驱动机构冷却风机存在如下问题：
风机自由排气速度和动能过大，使风机运行效率降低，现有控制棒驱动机构冷却风机出风口锥管出口和风阀通风面积较小，故排气速度和动能较大，该部份动能不能用于克服控制棒驱动机构冷却系统阻力，对于风机本身来说是种损失。经数值模拟，现有的控制棒驱动机构冷却风机出风口进行数值模拟，在设计流量下常规风机环形出风口速度动能达418Pa，占风机装置要求全压的49%，说明风机出风口自由排气压力损失较大；
出风口锥管扩压损失较大，降低了风机运行效率，现有国外进口堆顶风机在设计流量下风机本体环形出口排气速度通常在45m/s左右，其动能大于1200Pa，高速进入锥管，流通截面突扩增大，在环形出风口后存在很大涡流。经数值模拟，扩压损失大于300Pa，因此降低了风机运行效率。
此外，控制棒驱动机构冷却风机要求在设计角度下有足够高的压力裕量，以远离风机喘振区和不稳定运行区，由于环形出风口较大的突扩压力损失，使风机向系统能提供的有效压力降低，最高可运行压力也相应降低，从而运行压力裕量降低，安全可靠性下降。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种能够减小风机扩压过程中压力损失，提高压力裕量，从而提高安全可靠性的改进型控制棒驱动机构冷却风机。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种改进型控制棒驱动机构冷却风机，包括支座，风机本体，出风口锥管及风阀，其中所述风机本体包括风筒，所述风筒下端设有进风口，所述风筒内部依次设有动叶，轮毂，导叶，内机匣及驱动风机，所述驱动风机安装在所述内机匣内，所述风筒包括下部和上部，所述导叶设于所述上部与所述下部的交接处，所述下部为圆柱形，所述上部为倒锥形，且所述上部的单边扩散角为5~20°，所述出风口锥管截面呈梯形，且单边扩散角与所述上部的单边扩散角相同，所述出风口锥管上端的出风口内径为1150~1350mm。
所述上部的单边扩散角为15°。
所述出风口锥管上端出风口内径为1250mm。
所述动叶的叶尖对应风筒部位设有防喘振环，所述防喘振环内设有复数导流片。
所述导叶为机翼型。
所述内机匣上端还装有扩压尾锥。
与现有技术相比，本发明所揭示的一种改进型控制棒驱动机构冷却风机，设置风管在导叶前为圆柱形，在导叶后为带有一定扩散角的锥形（现有堆顶风机风筒均为整体圆柱形），在风筒出气口联接有出气口锥管，风筒锥形部份与其后扩压锥管具有一定扩散角，通过锥形风筒、出风口锥管、扩压尾锥的共同作用，较大幅度降低了扩压过程中的涡流阻力，通过增大出风口锥管出气口通风面积，降低了自由排气速度和动能，减小了排气口损失，两者的结合减小风机扩压过程中的内部涡流损失和排气动能损失，使风机向系统所提供压力提高，提高了风机最高可运行压力，从而提高了风机运行压力裕量，安全可靠性得到提高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为本发明出风口空气速度模拟矢量图；
图4为本发明出风口空气速度分布云图；
图5为本发明出风口空气全压分布云图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，本发明所揭示的一种改进型控制棒驱动机构冷却风机，其为立式竖直向上排气结构，具体包括风机本体，所述风机本体通过减振支座0固定在基础上，所述风机本体包括风筒1，所述风筒1两端分别设有进风口2和出风口3，所述风筒内部从下至上依次设有动叶4，轮毂5，导叶6，内机匣7，驱动电机8及扩压尾锥9，所述出风口3连接出风口锥管10，所述出风口锥管10的出风口安装有风阀11。
具体说来，所述风筒1与所述内机匣7形成环形通道向所述出风口锥管10排气，所述内机匣7上端装有扩压尾锥9，所述驱动电机8内置于所述内机匣7内，所述扩压尾锥9包覆在所述驱动电机8外侧，所述扩压尾锥9截面呈梯形结构，且单边扩散角α为5~20°，最佳单边扩散角α为15°，所述扩压尾锥9的半径沿气流方向逐渐减小，使得通流面积逐渐增大，故而降低排气速度及动压值，增高了空气静压值。
所述风筒1包括上部101和下部102，所述导叶设于所述上部101和下部102的交接处，所述下部102为圆柱形结构，所述上部101为锥形结构，且单边扩散角β为5~20°，在上部101的上端连接出风口锥管10，所述出风口锥管10的单边扩散角与所述上部101的单边扩散角相同，所述出风口锥管10的锥管出风口内径为1150~1350mm，当气体在导叶的作用下，以高轴向速度排入风筒1的上部101，气体进入上部101，扩压尾锥9及扩压锥管10组成的通道，由于扩压尾锥10沿气流方向半径增大，而上部101与出风口锥管10沿气流方向半径及流通面积同步增大，使得气流速度和空气动压逐渐降低，空气静压增高，从而减小了扩压损失，同时所述出风口锥管10的锥管出风口内径增加，使得锥管出风面积增大，进而减小了锥管出风口动能。
所述风阀11设置在所述出风口锥管10的出风口，当风机停止运行时，防止了外部气流倒灌入风机内，其内径尺寸与所述出风口锥管的出风口内径相同。
如图2所示，所述动叶4的叶尖前端所对应的风筒部位设有防喘振环12，所述防喘振环12外部为环形槽13，所述环形槽13内沿圆周方向均匀设有复数导流片14，所述导流片14内侧设有导流环15，所述导流环15内径与所述风筒1下部102内径相同，当系统阻力增大时，动叶4入口气流攻角增大，使得动叶4吸力面气流严重分离，并在动叶4前缘形成涡流，涡流在离心力作用下进入防喘振环12，由于外形槽13的阻隔，气流只能进入导流片14和导流环15组成的分隔通道内，涡流气团经分隔、整流后返回到主气流中，使得涡流的进一步发展被抑制，从而消除了喘振区，同时动叶4前后气流不再剧烈振荡，避免了动叶4承受较大的交变气动力，提高动叶4的安全可靠性。
所述导叶6为机翼型结构，有效回收所述动叶4出气气流旋绕速度动能，改善风机性能，提高安全可靠性。
本发明所揭示的一种改进型控制棒驱动机构冷却风机，其工作原理为：气体从进风口2吸入，经过旋转的动叶4做工后，流入导叶进行扩压，而后经风筒1与内机匣7形成的环形通道的出风口3排气，气体通过出风口锥管10排出。
由图3~5所示，通过对本发明的冷却风机进行数值模拟，在设计流量的情况下，本发明的冷却风机从锥管自由排出的动能由常规风机的439Pa下降为114.3Pa，出风口锥管10阻力系数从常规风机的27%降低到6%以下，压力损失由常规风机的334Pa减小到60.2Pa，相应风机作用于系统的压力大大提高，因此可使风机装置效率至少提高20%，并提高了运行压力裕量，从而提高了风机安全可靠性。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种改进型控制棒驱动机构冷却风机，包括支座，风机本体，出风口锥管及风阀，其中所述风机本体包括风筒，所述风筒下端设有进风口，所述风筒内部依次设有动叶，轮毂，导叶，内机匣及驱动风机，所述驱动风机安装在所述内机匣内，其特征在于：所述风筒包括下部和上部，所述导叶设于所述上部与所述下部的交接处，所述下部为圆柱形，所述上部为倒锥形，且所述上部的单边扩散角为5~20°，所述出风口锥管截面呈梯形，且单边扩散角与所述上部的单边扩散角相同，所述出风口锥管上端的出风口内径为1150~1350mm。
2. 根据权利要求1所述的改进型控制棒驱动机构冷却风机，其特征在于：所述上部的单边扩散角为15°。
3.根据权利要求1所述的改进型控制棒驱动机构冷却风机，其特征在于：所述出风口锥管上端出风口内径为1250mm。
4.根据权利要求1所述的改进型控制棒驱动机构冷却风机，其特征在于：所述动叶的叶尖对应风筒部位设有防喘振环，所述防喘振环内设有复数导流片。
5. 根据权利要求1所述的改进型控制棒驱动机构冷却风机，其特征在于：所述导叶为机翼型。
6. 根据权利要求1所述的改进型控制棒驱动机构冷却风机，其特征在于：所述内机匣上端还装有扩压尾锥。
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