CN107829977A - 一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶及核主泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶及核主泵，所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶包括两组分叶片、环形肋板和前后盖板，所述环形肋板在前后盖板内，所述两组分叶片分别置于环形肋板和前后盖板之间，所述两组分叶片交错排列。本发明的错列导叶可在不改变其他水力部件的情况下，只通过对原始导叶叶片的改变来降低闭式叶轮上的径向力，对水力部件的其他性能影响较小。相对于原始导叶错列导叶改变了出口的流场分布，进而改变了环形压水室内的流动，进而通过导叶与环形压水室间的间隙改变了叶轮前腔室的流动，使得叶轮前盖板上压力分布发生改变，沿圆周方向的压力分布更加均匀，从而减小了作用于叶轮上的水力径向力。

Description

一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶及核主泵
技术领域
本发明涉及叶片泵技术，尤其涉及一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶及核主泵。
背景技术
核主泵是核电站反应唯一回路主要承压边界，也是唯一的旋转设备，有核电站“心脏”之称。其中，核主泵过流部件是与高温高压冷却剂相互作用最显著的部件，是维持冷却剂不间断循环的动力来源；其性能不仅对核主泵整体性能有决定性的影响，而且对核主泵其他部件的设计也起着至关重要的作用；核主泵长周期的安全运行、高稳定性以及长寿命都与过流部件的性能息息相关。
我国目前正在大力发展三代大型压水堆核电站，其核主泵分为轴封式和无轴封式两种，两种主泵的水力部件构成基本相同，主要有叶轮、导叶和环形压水室组成。其中叶轮是水力部件中的旋转部件，其直接影响水力部件的性能。无轴封式主泵中的大功率屏蔽电机核主泵，是三代先进压水堆核电站中目前我国唯一不能国产化的主要设备。叶轮上的径向力是核主泵转子径向力的一个主要来源，因此要尽可能降低叶轮上的径向力，以满足期望的长周期安全使役；同时不同显著影响水力部件其他性能。
因此，亟待一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶及核主泵。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述三代大型压水堆核电站水力部件设计的问题，提出一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶，该错列导叶能够有效降低叶轮前盖板上的径向力；相相对于原始导叶错列导叶改变了出口的流场分布，进而改变了环形压水室内的流动，进而通过导叶与环形压水室间的间隙改变了叶轮前腔室的流动，使得叶轮前盖板上压力分布发生改变，沿圆周方向的压力分布更加均匀，从而减小了作用于叶轮上的水力径向力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种降低核主泵叶轮径向力的错列导叶，包括两组分叶片、环形肋板和前后盖板，所述环形肋板在前后盖板内，所述两组分叶片分别置于环形肋板和前后盖板之间，所述两组分叶片交错排列。
进一步地，两组分叶片由原始叶片分割得到，将常规叶片由沿着进口到出口的环形肋板进行分割，原始叶片在叶宽方向上分割成两组叶片。
进一步地，所述环形肋板由导叶轴面流道中线绕轴线旋转得到，流道中线向两侧加厚进行形成环形肋板。
进一步地，两组分叶片的交错角相等。
进一步地，所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶为空间式和径向式相结合。
本发明的另一个目的还公开了一种水力部件，包括上述错列导叶，闭式叶轮，吸入导管和环形压水室；降低闭式叶轮上径向力的错列导叶和吸入导管置于闭式叶轮外部，吸入导管进口内径与环形压水室相匹配，吸入导管出口内径与闭式叶轮进口相匹配，降低闭式叶轮上径向力的错列导叶和吸入导管置于环形压水室内。核主泵为立式屏蔽电机核主泵，水力部件位于电机上方。
本发明的另一个目的还公开了一种核主泵，包括上述水力部件，所述水力部件位于电机上方，所述核主泵为立式屏蔽电机核主泵。
本发明一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶及核主泵，与现有技术相比较具有以下优点：
1)本发明所述导叶叶片能在原始叶片上分割得到，保证了原始叶片叶型的设计，无需进行新的设计，只改变叶片，这样无需改变其他水力部件的几何形状和尺寸。
2)由沿着进口到出口的环形肋板对常规叶片进行分割，环形肋板由导叶轴面中心流线绕轴线旋转得到；这种分割方式能够保证两组叶片的流量大体相同，同时环形肋板的形状符合流动规律。
3)两组分叶片在圆周方向上交错排列，两组分叶片的交错角相等；这种交错布置能够改变环形压水室内的流动，进而通过导叶与环形压水室间的间隙改变叶轮前腔室的流动，使得叶轮前盖板上压力分布发生改变，沿圆周方向的压力分布更加均匀，从而减小作用于叶轮上的水力径向力。
附图说明
图1为降低核主泵叶轮径向力的错列导叶及水力部件示意图(a为轴面示意图，b为平面示意图)；
图2为降低核主泵叶轮径向力的错列导叶出口示意图；
图3为降低核主泵叶轮径向力的错列导叶三维示意图；
图4为降低核主泵叶轮径向力的错列导叶叶片和环形肋板三维平面投影示意图；
图5为原始导叶和降低核主泵叶轮径向力的错列导叶对应的叶轮上水力径向力对比；
图6为屏蔽式核主泵示意图。
其中，1降低核主泵叶轮径向力的错列导叶，2第一分叶片，3第二分叶片，4环形肋板，5第一分叶片出水边，6第二分叶片出水边，7闭式叶轮，8，环形压水室，9吸入导管，10电机。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶，如图6所示，所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶、吸入导管9、闭式叶轮7和环形压水室8构成水力部件，所述环形肋板在前后盖板内，所述两组分叶片分别置于环形肋板和前后盖板之间，核主泵为CAP1400大功率屏蔽电机核主泵。降低闭式叶轮上径向力的错列导叶和吸入导管置于闭式叶轮外部，吸入导管进口内径与环形压水室相匹配，吸入导管出口内径与闭式叶轮进口相匹配，降低闭式叶轮上径向力的错列导叶为空间和径向相结合形式，降低闭式叶轮上径向力的错列导叶和吸入导管置于环形压水室内，水力部件位于电机10上方。
所述错列导叶包括沿叶片宽度方向上设置的两组分叶片，两组分叶片由原始导叶叶片分割得到，将常规叶片由沿着进口到出口的环形肋板对原始叶片进行分割，环形肋板由导叶轴面流道中线绕轴线旋转得到，两组分叶片在圆周方向上交错排列，两组分叶片的交错角相等。
下而结合附图对本实施例进行详细说明。
参照图1，本实施例降低核主泵叶轮径向力的错列导叶是在原始导叶上进行叶片分割后得到，只进行叶片的分割，其他几何和尺寸不变；原始导叶叶片数为12，两组分叶片个数分别为12个。
参照图1、图3、图4，原始导叶叶片由环形肋板4分割后得到上下两组第一分叶片2和第二分叶片3；第一分叶片2和第二分叶片3在圆周方向上交错排列。
参照图2、图3，环形肋板4为从进口到出口的中心流线向两边加厚形成，厚度为3mm。
参照图3、图4，第一分叶片2第一分叶片出水边5和第二分叶片3第二分叶片出水边6在圆周方向的交错角θ1和θ2相等，分别为18度。
本实施例的制备方法为:首先依据CAP1400核主泵参数要求进行1:2.5比例缩尺设计；在得到原始导叶设计后，用环形肋板4进行叶片的分割，分割的叶片在圆周方向上等角度交错排列，交错角为18度，得到三维实体后，采用3D快速成型技术精密铸造。
如图5所示，规定环形压水室出口中心线为y向，向上为正；与环形压水室出口中心线垂直的为x向，向右为正；径向力Fx和Fy的单位是N。图中可以看出错列导叶降低了作用于叶轮上总的径向力。
综上所述，本实施例错列导叶能够在满足CAP1400核主泵水力性能下，有效的降低叶轮上的水力径向力。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种降低闭式叶轮上径向力的错列导叶，其特征在于：包括两组分叶片、环形肋板和前后盖板，所述环形肋板在前后盖板内，所述两组分叶片分别置于环形肋板和前后盖板之间，所述两组分叶片交错排列。
2.根据权利要求1所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶，其特征在于：两组分叶片由原始叶片分割得到，将常规叶片由沿着进口到出口的环形肋板进行分割，原始叶片在叶宽方向上分割成两组叶片，两组叶片为非对称形式。
3.根据权利要求2所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶，其特征在于：所述环形肋板由导叶轴面流道中线绕轴线旋转得到，流道中线向两侧加厚进行形成环形肋板。
4.根据权利要求1所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶，其特征在于：两组分叶片的交错角相等。
5.根据权利要求1所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶，其特征在于：所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶为空间式和径向式相结合。
6.一种水力部件，其特征在于：包括权利要求1-5任意一项所述降低闭式叶轮上径向力的错列导叶、闭式叶轮、吸入导管和环形压水室，降低闭式叶轮上径向力的错列导叶和吸入导管置于闭式叶轮外部，吸入导管进口内径与环形压水室相匹配，吸入导管出口内径与闭式叶轮进口相匹配，降低闭式叶轮上径向力的错列导叶和吸入导管置于环形压水室内。
7.一种核主泵，其特征在于：包括权利要求6所述水力部件，所述水力部件位于电机上方。
8.根据权利要求7所述核主泵，其特征在于：所述核主泵为立式屏蔽电机核主泵。
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