專利名稱：核主泵全特性葉輪的多工況點(diǎn)設(shè)計(jì)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核主泵全特性葉輪的多工況點(diǎn)設(shè)計(jì)法，可以在核主泵各種正常工況和過渡工況設(shè)計(jì)葉輪時(shí)使用，也可以在核主泵的低比轉(zhuǎn)數(shù)工況和高比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)葉輪時(shí)使用，尤其適用于對失水事故時(shí)核主泵性能參數(shù)要求嚴(yán)格的情況使用。
背景技術(shù)：
核反應(yīng)堆冷卻劑主循環(huán)泵簡稱核主泵，是確保核電站安全和可靠運(yùn)行的最關(guān)鍵動力設(shè)備，屬于核I級泵，是核島內(nèi)唯一旋轉(zhuǎn)設(shè)備，也是一回路的壓力邊界之一。核主泵長期穩(wěn)定安全地運(yùn)行對冷卻堆芯、以及防止核電站事故的發(fā)生尤為重要，因此核主泵常被喻為核電站的心臟。核反應(yīng)堆在滿功率情況下運(yùn)行，核主泵進(jìn)口段冷卻劑管道突然發(fā)生破裂導(dǎo)致失水事故(LOCA)的發(fā)生而引起主冷卻劑流失，使整個(gè)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力整體下降。失水事故是指一回路壓力邊界產(chǎn)生破口或發(fā)生破裂，一部分或大部分冷卻劑泄露的事故。當(dāng)破口在熱管段，且破口尺寸持續(xù)增大時(shí)，核主泵將在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生由泵工況到制動工況的瞬變過渡過程，同時(shí)伴隨流量逐步減小。當(dāng)破口在冷管段，且破口尺寸持續(xù)增大時(shí)，核主泵將在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生流量突增的瞬變過渡過程。目前，除少數(shù)核主泵采用離心式葉輪或軸流式葉輪外，大多數(shù)核主泵都采用混流式葉輪，因?yàn)檫@種葉輪可以在大流量的同時(shí)，達(dá)到比較高的揚(yáng)程。核主泵具有陡降的性能曲線，這種特性有一個(gè)優(yōu)點(diǎn):當(dāng)實(shí)際的主冷卻劑系統(tǒng)阻力低于計(jì)算值時(shí)，主泵的流量變化較小。混流泵的結(jié)構(gòu)和性能介于軸流泵和離心泵之間，是一種吸取離心泵和軸流泵優(yōu)點(diǎn)，補(bǔ)償兩方面缺點(diǎn)的理想模型。公知的混流泵葉輪設(shè)計(jì)常采用速度系數(shù)法，但是在事故工況時(shí)，核主泵的運(yùn)行情況十分復(fù)雜，導(dǎo)致核主泵實(shí)際運(yùn)行工況偏移，所以單一的以水泵工況參數(shù)設(shè)計(jì)核主泵葉輪不能滿足核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。為了使核主泵能夠在各種正常工況和過渡工況運(yùn)行，保證核電站在事故工況下安全穩(wěn)定運(yùn)行，提出一種核主泵全特性葉輪的多工況點(diǎn)設(shè)計(jì)法是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了使核主泵能夠在各種正常工況和過渡工況運(yùn)行，本發(fā)明提供了一種核主泵全特性葉輪的多工況點(diǎn)設(shè)計(jì)法。用本發(fā)明設(shè)計(jì)的葉輪幾何參數(shù)不僅滿足水泵工況的運(yùn)行要求，同時(shí)滿足水輪機(jī)工況運(yùn)行要求，也可以在核主泵的低比轉(zhuǎn)數(shù)工況和高比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)葉輪時(shí)使用，尤其適用于失水事故時(shí)核主泵的全特性要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是:水泵工況對核主泵的選擇起決定性作用，所有核主泵葉輪的設(shè)計(jì)過程和常規(guī)水泵是很相近的，但在事故時(shí)下核主泵將處于復(fù)雜的過渡工況，需考慮水輪機(jī)工況對核主泵安全運(yùn)行的影響。在設(shè)計(jì)核主泵葉輪時(shí)，根據(jù)泵對最優(yōu)效率工況點(diǎn)的流量QBEP、最優(yōu)效率工況點(diǎn)的揚(yáng)程HBEP、葉輪轉(zhuǎn)速η、最優(yōu)效率工況點(diǎn)的比轉(zhuǎn)數(shù)nsBEP、第i個(gè)工況點(diǎn)流量Q1、第i個(gè)工況點(diǎn)揚(yáng)程Hi的要求來設(shè)計(jì)計(jì)算葉輪葉片的幾何參數(shù)，其特征是:采用速度系數(shù)法設(shè)計(jì)核主泵葉輪將得到Q-H性能曲線的表達(dá)式，同時(shí)得到核主泵葉輪的幾何參數(shù)，利用該表達(dá)式可以計(jì)算各工況點(diǎn)與Q-H性能曲線之間的揚(yáng)程差Λ Hi，在此基礎(chǔ)上，重新建立AHi與幾何參數(shù)之間的關(guān)系，得到各個(gè)工況點(diǎn)性能與核主泵葉輪幾何參數(shù)之間的關(guān)系，并考慮到事故時(shí)水輪機(jī)工況運(yùn)行對核主泵葉輪性能的要求，將核主泵葉輪的幾何參數(shù)與不同工況點(diǎn)的性能參數(shù)聯(lián)系到一起，使核主泵的實(shí)際運(yùn)行性能曲線與所要求性能曲線一致?；驹O(shè)計(jì)參數(shù):最優(yōu)效率工況點(diǎn)流量Qbep (m3/s)最優(yōu)效率工況點(diǎn)揚(yáng)程Hbep (m)額定轉(zhuǎn)速n(r/min)1.比轉(zhuǎn)數(shù) ns
權(quán)利要求
1.核主泵全特性葉輪的多工況點(diǎn)設(shè)計(jì)法，根據(jù)對核主泵性能滿足最優(yōu)效率工況點(diǎn)的流量Qbep、最優(yōu)效率工況點(diǎn)的揚(yáng)程氏Hbep、葉輪轉(zhuǎn)速η的要求。葉輪葉片出口寬度b2，葉輪外圓直徑D2，葉輪進(jìn)口直徑Dtl，葉片進(jìn)口安放角P1，葉片出口安放角02，葉片包角9。結(jié)合水泵工況和水輪機(jī)工況運(yùn)行條件以及多工況設(shè)計(jì)法進(jìn)行核主泵水力設(shè)計(jì)，確保核主泵在事故工況下安全穩(wěn)定運(yùn)行。其特征在于:葉輪幾何參數(shù)與泵設(shè)計(jì)工況點(diǎn)性能參數(shù)之間適合以下關(guān)系:
2.核主泵葉輪外形尺寸和其葉片特征均更接近于常規(guī)水泵，相對直徑Ds取值范圍為0.72 0.95。
3.為避免在小流量時(shí)流道內(nèi)過早的出現(xiàn)水流脫離，且為降低進(jìn)口流速，減小撞擊損失，要求進(jìn)口寬度取得大一些。本發(fā)明采用的葉片寬度介于水泵和水輪機(jī)要求之間，相對寬度Bs的取值范圍為0.25 0.34。
4.根據(jù)離心泵設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，葉片進(jìn)水邊具有一定量的正沖角對空化特性有利，由于核主泵的比轉(zhuǎn)速高，一般取Λ β =8° 12°，沖角也不宜取得過大，否則不利于水泵工況運(yùn)行。
5.葉片出口安放角β2= 15° 25。，比轉(zhuǎn)數(shù)大取小值，為保證水輪機(jī)工況在低水頭或小負(fù)荷時(shí)的水流穩(wěn)定性，盡量選擇小的β2。
6.葉片包角φ= 120° 200°。用大包角可以形成較長的流道而使水流平穩(wěn)，但伴隨而來會有較大的摩擦損失。葉片包角和葉片數(shù)可以根據(jù)鑄造工藝要求選擇確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種核主泵全特性葉輪的多工況點(diǎn)設(shè)計(jì)法。其特征是在核主泵葉輪設(shè)計(jì)時(shí)，把核主泵葉輪的幾何參數(shù)與泵的全特性聯(lián)系到一起，結(jié)合結(jié)合水泵工況和水輪機(jī)工況運(yùn)行條件以及多工況設(shè)計(jì)法進(jìn)行核主泵水力設(shè)計(jì)，達(dá)到核主泵在事故工況下能安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的葉輪可以對葉輪的幾何參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到核主泵性能滿足各種正常工況和過渡工況要求的目的，特別適用于多工況要求嚴(yán)格的核主泵葉輪設(shè)計(jì)。
文檔編號F04D29/18GK103104543SQ201310069630
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者王秀禮, 朱榮生, 付強(qiáng), 袁壽其, 龍?jiān)?申請人:江蘇大學(xué)