CN106949087A - 带背叶片轴封式核主泵叶轮结构 - Google Patents

带背叶片轴封式核主泵叶轮结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带背叶片的核主泵叶轮，本叶轮不仅有5枚主叶片，还有8枚背叶片(11)均匀分布在叶轮出口面(20)，背叶片(11)与平衡孔(17)共同作用，能平衡一部分轴向力，同时背叶片(11)还有密封作用，在事故工况即轴封注入水断失工况，通过背叶片(11)的旋转离心作用，阻止和延缓高温高压介质水进入下导轴承(18)，为事故抢修争取时间，保护下导轴承(18)免于破坏。本核主泵叶轮通过在入水口处增加导水锥(22)，叶顶(21)采用斜切结构、减少侧向间隙，控制叶顶泄露及空化汽蚀等特点，有效提高了核主泵容积效率和降低空化汽蚀风险。此叶轮结构广泛应用于轴封核主泵结构。

Description

带背叶片轴封式核主泵叶轮结构
技术领域
本发明涉及带背叶片轴封式核主泵叶轮结构。
背景技术
轴封泵作为核主泵的一种主要泵型，性能优良的核主泵叶轮成为主要技术需求，轴封泵下导轴承位于承压边界内部，需要采用设备冷却水冷却，轴封泵正常工作时，冷却下导轴承的冷却水最终是流入叶轮室的，事故工况冷却水断失工况，在压差作用下高温高压介质会进入下导轴承，损坏下导轴承，同时由于轴封泵叶轮在高温高压下工作，田湾核电站曾出现过叶片断裂事故。目前一般轴流泵叶轮不会在高温高压环境下长期工作，对叶轮变形量、侧向间隙、空化汽蚀要求不高；只要满足水利性能就可以，更不需要考虑密封功能。
发明内容
本发明目的是提供用于轴封性核主泵的叶轮结构，该叶轮结构即满足核主泵的流量、扬程、效率等主要性能指标，同时兼顾具有平衡轴向力、减小推力轴承负担功能；更主要在事故工况下，阻止叶轮内高温高压水向上流入下导轴承，损害下导轴承。本发明的技术方案为：8枚背叶片(11)均匀分布在叶轮出口面，叶轮进口部通过叶轮螺栓(16)、叶轮螺母(3)将叶轮口环(13)、叶轮(5)与泵轴(19)固定连接在一起，叶轮口环(13)与叶轮通过圆柱销(2)和圆柱销(4)精确定位，用多个的定位销(10)与下泵轴(19)实现轴向定位，叶片外缘通过在泵壳内安装导流罩(6)，导流罩(6)与导叶(9)通过螺栓连接在一起，导流罩(6)与泵壳(1)之间设置双密封(7)。背叶片(11)进出口安放角均为90°的非扭曲型叶片，叶片高度8mm，叶片厚度25mm，背叶片(11)均匀分布在叶轮出口面(20)，背叶片(11)与检修密封(15)距离为13.5mm-21mm。根据权利要求1所诉的一种带背叶片的核主泵叶轮，其特征是：叶轮口环(13)上开有4个的平衡孔(17)，叶轮口环(13)整体做成90°锥形，前部倒圆角R82，叶轮与叶轮口环使叶轮前部形成导水锥(22)。叶片叶顶(20)形状为压力面向吸力面倾斜角6°，导流罩与叶片外缘平行，叶轮与导流罩单侧间隙(14)，其间隙区间为0.6-0.8mm，导流罩(6)与泵壳(1)通过双密封(7)进行密封。
8枚背叶片(11)由于叶片的旋转离心作用，使背叶片内部压力小于外部压力，并与叶轮口环(13)上平衡孔(17)联合作用，平衡一部分轴向力，减少推力轴承负担；特别是在事故工况，即轴封注入水断失的情况下，下导轴承(18)处的冷却水压力降低，高温高压的介质水在压差作用下会逆流进入下导轴承(18)，增加背叶片(11)可以起到密封作用，延缓高温高压介质进入下导轴承(18)，为故障处理和检修争取时间。
该主泵叶轮通过8个定位销(10)与泵轴(19)进行对中，每个定位销(10)都有固定的编号，互相顺序不能调换，能够与泵轴(19)精确对中，防止泵轴(19)转动过程中的震动和不平衡。
核主泵叶轮轮毂采用类圆球形，与叶轮口环(13)配合形成导水锥，可有效减少叶轮进口处的冲击和脱流，利于叶轮内部流动的稳定性，增加水利效率。
叶轮轮毂内部做成空腔式结构，此结构即可减少叶轮的重量，进而减少离心惯性力、轴向力和叶轮在高温工作时的变形，为叶轮侧向间隙(14)的减小打下基础；并且此结构可作为平衡孔(17)泄露通道。
核主泵叶轮的叶顶泄露涡是造成叶顶空化汽蚀的主要原因，叶顶形状和间隙(14)直接关系叶顶的汽蚀，间隙过小会产生汽蚀，过大又会使回流加大，影响水利效率；同时间隙的大小还要考虑核主泵叶轮在高温、高压湿性模态条件下叶轮的变形，即要保证叶轮不与导流罩发生碰撞为前提。泵叶轮导流罩与叶片配合部位做成6°倾斜结构，叶轮与导流罩单侧间隙0.6-0.8mm，此结构可有效减少叶片叶顶的空化，减少回流，增加容积效率。
导流罩与叶片做成6°倾斜结构，轮毂外缘也与叶片外缘平行，使整个叶轮流道成散式结构，同时过流面积不变；进水口边缘厚度大于出水口，这种结构设计可提高叶轮对水流的作用效率。
导流罩(6)与泵壳(1)通过双密封(7)进行密封，此结构可有效减少泄露，增加容积效率。
5枚叶片的叶片安放角按扭曲变化，实践证明此种排布可使叶片工作面和背面的相对速度过渡更平滑，叶片入口采用圆弧过渡，此结构可减少进口的冲击和脱流，出口减薄，直边出口，利于介质流出叶轮(5)，进入导叶(9)，减少压力脉动，同时减少径向流动。
叶片最大厚度几乎在叶片中部，偏向入口，向入口和出口逐渐减薄，此结构满足叶片在高温条件下强度要求，叶片最大应力集中也正好位于此处。
以上设计结构实现的功能优点在于：本核主泵叶轮在叶轮主叶片满足水利性能的同时，还增加了背叶片(11)，当在正常工况时，背叶片(11)随主叶片、泵轴(19)一起旋转，由于背叶片(11)的旋转离心力，使压力由内到位逐渐增高，一部分水通过螺栓连接孔进入叶轮空腔(12)，进而从平衡孔(17)流出，起到平衡一部分轴向力的作用；事故工况即轴封注入水断失时，背叶片(11)旋转可延缓高温高压介质水进入下导轴承(18)的时间，为故障处理和抢修争取时间，减小对下导轴承(18)的损害程度。
本核主泵叶轮轮毂做成类球形，叶片外缘采用6°斜切结构，导流罩与叶片平行，整个叶轮流道成散式结构，同时保证过流面积不变；进水口边缘厚度大于出水口，这种结构设计可提高叶轮对水流的作用效率。
附图说明
图1叶轮装配剖面图
图2叶轮与叶轮口环组装图
图3背叶片布置图
具体实施方式：
一种带背叶片轴封式核主泵叶轮结构，核主泵叶轮为拥有8枚背叶片11，5枚主叶片的轴流、悬臂、开式叶轮。8枚背叶片11均匀分布在叶轮出口面，叶轮进口部通过叶轮螺栓16、叶轮螺母3将叶轮口环13、叶轮5与泵轴19固定连接在一起，共同组成旋转部件。叶轮口环13与叶轮通过圆柱销2和圆柱销4精确定位，用多个的定位销10与下泵轴19实现轴向定位，保证叶轮与泵轴的同轴度，减少轴向震动与不平衡度。叶片外缘通过在泵壳内安装导流罩6，导流罩6与导叶9通过螺栓连接在一起，导流罩6与泵壳1之间设置双密封7，减少间隙泄露，提高容积效率。
如图3所示，背叶片11进出口安放角均为90°的非扭曲型叶片，叶片高度8mm，叶片厚度25mm，背叶片11均匀分布在叶轮出口面20，背叶片11与检修密封15距离为13.5mm-21mm，与叶轮泵轴19同转速旋转，在背叶片11的高速旋转作用下内侧压力降低，外侧压力升高，利于冷却下导轴承18的冷却水向下流动。
如图2所示，叶轮口环13上开有4个的平衡孔17，叶轮口环13整体做成90°锥形，前部倒圆角R82，叶轮与叶轮口环使叶轮前部形成导水锥22，导水锥22减少入口冲击和脱流，增加水利效率。
如图2所示，叶片叶顶21形状为压力面向吸力面倾斜角6°，如图1所示，导流罩6与叶片外缘平行，叶轮5与导流罩6单侧间隙14，其间隙区间为0.6-0.8mm，侧向间隙小可减少回流，增加容积效率，导流罩6与泵壳1通过双密封7进行密封。

Claims (4)

1.一种带背叶片的核主泵叶轮，其特征是：8枚背叶片(11)均匀分布在叶轮出口面，叶轮进口部通过叶轮螺栓(16)、叶轮螺母(3)将叶轮口环(13)、叶轮(5)与泵轴(19)固定连接在一起，叶轮口环(13)与叶轮通过圆柱销(2)和圆柱销(4)精确定位，用多个定位销(10)与下泵轴(19)实现轴向定位，叶片外缘通过在泵壳内安装导流罩(6)，导流罩(6)与导叶(9)通过螺栓连接在一起，导流罩(6)与泵壳(1)之间设置双密封(7)。
2.根据权利要求1所诉的一种带背叶片的核主泵叶轮，其特征是：背叶片(11)进出口安放角均为90°的非扭曲型叶片，叶片高度8mm，叶片厚度25mm，背叶片(11)均匀分布在叶轮出口面(20)，背叶片(11)与检修密封(15)距离为13.5mm-21mm。
3.根据权利要求1所诉的一种带背叶片的核主泵叶轮，其特征是：叶轮口环(13)上开有4个的平衡孔(17)，叶轮口环(13)整体做成90°锥形，前部倒圆角R82，叶轮与叶轮口环使叶轮前部形成导水锥(22)。
4.根据权利要求1所诉的一种带背叶片的核主泵叶轮，其特征是：叶片叶顶(20)形状为压力面向吸力面倾斜角6°，导流罩与叶片外缘平行，叶轮与导流罩单侧间隙(14)，其间隙区间为0.6-0.8mm，导流罩(6)与泵壳(1)通过双密封(7)进行密封。
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