CN115163542B - 一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核反应堆主泵，属于流体机械领域，特指一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵。其包括导叶体、混流式叶轮和球形的压水室，导叶体和混流式叶轮同心布置且两者与球形的压水室对中布置；其特征在于，其中导叶体为带抑制脱落涡板的导叶体，为径向导叶体，且径向导叶体出口处需增加导流环，导叶体由前盖板、后盖板、导流环、若干导叶叶片与抑制脱落涡板组成。本发明可在保证主泵水力性能的前提下使得内部流动更加稳定，明显抑制导叶叶片尾缘处周期性卡门涡脱结构，加快旋涡脱落耗散，明显降低压水室壁面的高强度压力脉动能量；本发明既保证了主泵在较高效率下运行又使主泵能更加安全稳定，从源头抑制了旋涡脱落并明显降低主泵运行的噪声。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆主泵，属于流体机械领域，特指一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵。
背景技术
反应堆冷却剂循环泵(主泵)是我国在核电国产化中最难攻克的核心部件之一。核主泵作为核安全一级设备，必须确保其长期安全、稳定运行。同时，核主泵也是核电站主要耗能设备之一，高效且稳定的水力性能是该泵设计的主要目标。
大部分主泵有着非常规结构的准球形压水室，其内部非定常流场结构异常复杂，存在着流动分离、二次流及回流等现象，而由于导叶尾缘由于叶轮-导叶动静干涉作用会形成周期性卡门涡脱结构，这些旋涡周期性脱落引起的参数脉动会产生复杂的非线性流体激励力，激励力频率若与泵或主回路中的其他设备某些特征频率重合，会产生系统的耦合共振。因此，把握非定常流动特征对于主泵尤为重要，直接关系到泵及回路系统的安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于抑制核反应堆主循环泵导叶尾缘的周期性卡门涡脱结构，旨在打破周期性卡门涡脱结构，快速耗散其能量，使导叶出口流动均匀，损失减小，进而提高整泵运行效率并使整泵运行更加稳定。
本发明采用的技术方案是：一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵，其包括导叶体、混流式叶轮和球形压水室，导叶体和混流式叶轮同心布置且两者与球形压水室对中布置；其特征在于，其中导叶体为带抑制脱落涡板的导叶体，为径向导叶体，且径向导叶体出口处需增加导流环，导叶体由前盖板、后盖板、导流环、若干导叶叶片与抑制脱落涡板组成。
进一步地，抑制脱落涡板安装在若干导叶叶片出口边压力面一侧，数量与导叶叶片数一致。
进一步地，抑制脱落涡板进口与导叶叶片出口边平齐，抑制脱落涡板出口为锯齿状。
进一步地，抑制脱落涡板的材料需与径向导叶体材料保持一致，采用304不锈钢材料；抑制脱落涡板长度与导叶叶片出口边宽度保持一致。
进一步地，抑制脱落涡板出口锯齿形状为等边三角形，锯齿边长为x，x的取值范围为1/15B～1/12B，B为导叶叶片出口边厚度；锯齿数量为n，数量n的范围为3～5。
进一步地，抑制脱落涡板宽度为nx，其中n为抑制脱落涡板出口锯齿数量，x为锯齿边长；抑制脱落涡板高度为H，H的范围为6x～9x。
进一步地，抑制脱落涡板与导叶叶片出口边连接处需进行倒圆处理以保证强度，连接处圆角半径为R，R的范围为x～1.5x，x为抑制脱落涡板出口锯齿边长。
进一步地，所述的若干导叶叶片，其出口边厚度为B，B由导叶设计时确定，其大小与抑制脱落涡板出口锯齿形边长x的关系为B＝12x～15x。
进一步地，所述的若干导叶叶片与导流环，若干导叶叶片出口边与导流环出口的距离为D，D的范围为1.2H～1.3H，H为抑制脱落涡板高度。
本发明的有益效果是：一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵，本发明可在保证主泵水力性能的前提下使得内部流动更加稳定，明显抑制导叶叶片尾缘处周期性卡门涡脱结构，加快旋涡脱落耗散，明显降低压水室壁面的高强度压力脉动能量；本发明既保证了主泵在较高效率下运行又使主泵能更加安全稳定，从源头抑制了旋涡脱落并明显降低主泵运行的噪声。
附图说明
图1为本发明的核反应堆主泵组成示意图；
图2为本发明的带抑制脱落涡板的导叶体示意图；
图3为本发明的带抑制脱落涡板的导叶体局部放大示意图；
图4为本发明的不带抑制脱落涡板与带抑制脱落涡板的压力脉动能量频谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
本发明是一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵，包括混流式叶轮1、导叶体2与球形压水室3，如图1所示。导叶体2为径向导叶，包括前盖板4、后盖板5、若干导叶叶片6、导流环8与抑制脱落涡板11，如图2所示。抑制脱落涡板11安装在导叶叶片压力面9一侧，数量与导叶叶片6片数一致。抑制脱落涡板11进口与导叶叶片出口边7平齐，抑制脱落涡板11出口为锯齿状。抑制脱落涡板11的材料需与径向导叶体2材料保持一致，材料通常采用304不锈钢，且抑制脱落涡板11长度与导叶叶片出口边7宽度保持一致。抑制脱落涡板11出口锯齿形状为等边三角形，边长为x，x的取值范围为1/15B～1/12B，B为导叶叶片出口边厚度；锯齿数量为n，数量n的范围为3～5。抑制脱落涡板11宽度为nx，其中n为抑制脱落涡板出口锯齿数量，x为锯齿边长；高度为H，H的范围为6x～9x。抑制脱落涡板11与导叶叶片出口边7连接处需进行倒圆处理以保证强度，圆角半径为R，R的范围为x～1.5x，x为抑制脱落涡板出口锯齿边长。导叶叶片6的出口边厚度为B，B由导叶设计时确定，其大小与抑制脱落涡板出口锯齿形边长x的关系为B＝12x～15x。导叶叶片出口边7与导流环8出口的距离为D，D的范围为1.2H～1.3H，H为抑制脱落涡板盖高度，如图3所示。
下面给出一个具体的实施案例，在本方案中，导叶叶片为12片，顺时针均匀分布，材质为304不锈钢；导叶叶片出口边7宽度为120mm，由于抑制脱落涡板长度与导叶出口宽度保持一致，故抑制脱落涡板长度为120mm；抑制脱落涡板锯齿形边长x为1mm，锯齿数量n为3；抑制脱落涡板宽度为3mm，高度为6mm；抑制脱落涡板与导叶叶片出口边连接处圆角半径R为1mm；导叶叶片出口边厚度为12mm；导叶叶片出口边与导流环出口的距离D为7.5mm；如图2及图3所示。进一步对本发明模型泵方案进行CFD非稳态压力脉动能量谱预测，如图4所示，从图中可以发现，运用带抑制涡脱落板导叶体较原方案相比在周期性涡脱频率下的能量降低约20％，且在低频区域的脉动能量较低。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围和所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵，其包括导叶体、混流式叶轮和球形压水室，导叶体和混流式叶轮同心布置且两者与球形压水室对中布置；其特征在于，其中导叶体为带抑制脱落涡板的导叶体，为径向导叶体，且径向导叶体出口处需增加导流环，导叶体由前盖板、后盖板、导流环、若干导叶叶片与抑制脱落涡板组成，抑制脱落涡板安装在若干导叶叶片出口边压力面一侧，数量与导叶叶片数一致，抑制脱落涡板出口为锯齿状，抑制脱落涡板出口锯齿形状为等边三角形；
抑制脱落涡板宽度为nx，其中n为抑制脱落涡板出口锯齿数量，x为锯齿边长；抑制脱落涡板高度为H，H的范围为6x～9x；
抑制脱落涡板与导叶叶片出口边连接处需进行倒圆处理以保证强度，连接处圆角半径为R，R的范围为x～1.5x，x为抑制脱落涡板出口锯齿边长；
导叶叶片，其出口边厚度为B，B由导叶设计时确定，其大小与抑制脱落涡板出口锯齿形边长x的关系为B＝12x～15x；
导叶叶片出口边与导流环出口的距离为D，D的范围为1.2H～1.3H，H为抑制脱落涡板高度。
2.如权利要求1所述的一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵，其特征在于，抑制脱落涡板的材料需与径向导叶体材料保持一致，采用304不锈钢材料；抑制脱落涡板长度与导叶叶片出口边宽度保持一致。
3.如权利要求1所述的一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵，其特征在于，抑制脱落涡板进口与导叶叶片出口边平齐。
4.如权利要求1所述的一种带抑制脱落涡板的核反应堆主泵，其特征在于，锯齿边长为x，x的取值范围为1/15B～1/12B，B为导叶叶片出口边厚度；锯齿数量为n，数量n的范围为3～5。
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