专利名称：核主泵全特性叶轮的多工况点设计法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种核主泵全特性叶轮的多工况点设计法，可以在核主泵各种正常工况和过渡工况设计叶轮时使用，也可以在核主泵的低比转数工况和高比转速设计叶轮时使用，尤其适用于对失水事故时核主泵性能参数要求严格的情况使用。
背景技术：
核反应堆冷却剂主循环泵简称核主泵，是确保核电站安全和可靠运行的最关键动力设备，属于核I级泵，是核岛内唯一旋转设备，也是一回路的压力边界之一。核主泵长期稳定安全地运行对冷却堆芯、以及防止核电站事故的发生尤为重要，因此核主泵常被喻为核电站的心脏。核反应堆在满功率情况下运行，核主泵进口段冷却剂管道突然发生破裂导致失水事故(LOCA)的发生而引起主冷却剂流失，使整个反应堆冷却剂系统压力整体下降。失水事故是指一回路压力边界产生破口或发生破裂，一部分或大部分冷却剂泄露的事故。当破口在热管段，且破口尺寸持续增大时，核主泵将在短时间内发生由泵工况到制动工况的瞬变过渡过程，同时伴随流量逐步减小。当破口在冷管段，且破口尺寸持续增大时，核主泵将在短时间内发生流量突增的瞬变过渡过程。目前，除少数核主泵采用离心式叶轮或轴流式叶轮外，大多数核主泵都采用混流式叶轮，因为这种叶轮可以在大流量的同时，达到比较高的扬程。核主泵具有陡降的性能曲线，这种特性有一个优点:当实际的主冷却剂系统阻力低于计算值时，主泵的流量变化较小。混流泵的结构和性能介于轴流泵和离心泵之间，是一种吸取离心泵和轴流泵优点，补偿两方面缺点的理想模型。公知的混流泵叶轮设计常采用速度系数法，但是在事故工况时，核主泵的运行情况十分复杂，导致核主泵实际运行工况偏移，所以单一的以水泵工况参数设计核主泵叶轮不能满足核电站安全稳定运行要求。为了使核主泵能够在各种正常工况和过渡工况运行，保证核电站在事故工况下安全稳定运行，提出一种核主泵全特性叶轮的多工况点设计法是十分必要的。
发明内容
为了使核主泵能够在各种正常工况和过渡工况运行，本发明提供了一种核主泵全特性叶轮的多工况点设计法。用本发明设计的叶轮几何参数不仅满足水泵工况的运行要求，同时满足水轮机工况运行要求，也可以在核主泵的低比转数工况和高比转速设计叶轮时使用，尤其适用于失水事故时核主泵的全特性要求。本发明的技术方案是:水泵工况对核主泵的选择起决定性作用，所有核主泵叶轮的设计过程和常规水泵是很相近的，但在事故时下核主泵将处于复杂的过渡工况，需考虑水轮机工况对核主泵安全运行的影响。在设计核主泵叶轮时，根据泵对最优效率工况点的流量QBEP、最优效率工况点的扬程HBEP、叶轮转速η、最优效率工况点的比转数nsBEP、第i个工况点流量Q1、第i个工况点扬程Hi的要求来设计计算叶轮叶片的几何参数，其特征是:采用速度系数法设计核主泵叶轮将得到Q-H性能曲线的表达式，同时得到核主泵叶轮的几何参数，利用该表达式可以计算各工况点与Q-H性能曲线之间的扬程差Λ Hi，在此基础上，重新建立AHi与几何参数之间的关系，得到各个工况点性能与核主泵叶轮几何参数之间的关系，并考虑到事故时水轮机工况运行对核主泵叶轮性能的要求，将核主泵叶轮的几何参数与不同工况点的性能参数联系到一起，使核主泵的实际运行性能曲线与所要求性能曲线一致。基本设计参数:最优效率工况点流量Qbep (m3/s)最优效率工况点扬程Hbep (m)额定转速n(r/min)1.比转数 ns
权利要求
1.核主泵全特性叶轮的多工况点设计法，根据对核主泵性能满足最优效率工况点的流量Qbep、最优效率工况点的扬程氏Hbep、叶轮转速η的要求。叶轮叶片出口宽度b2，叶轮外圆直径D2，叶轮进口直径Dtl，叶片进口安放角P1，叶片出口安放角02，叶片包角9。结合水泵工况和水轮机工况运行条件以及多工况设计法进行核主泵水力设计，确保核主泵在事故工况下安全稳定运行。其特征在于:叶轮几何参数与泵设计工况点性能参数之间适合以下关系:
2.核主泵叶轮外形尺寸和其叶片特征均更接近于常规水泵，相对直径Ds取值范围为0.72 0.95。
3.为避免在小流量时流道内过早的出现水流脱离，且为降低进口流速，减小撞击损失，要求进口宽度取得大一些。本发明采用的叶片宽度介于水泵和水轮机要求之间，相对宽度Bs的取值范围为0.25 0.34。
4.根据离心泵设计经验，叶片进水边具有一定量的正冲角对空化特性有利，由于核主泵的比转速高，一般取Λ β =8° 12°，冲角也不宜取得过大，否则不利于水泵工况运行。
5.叶片出口安放角β2= 15° 25。，比转数大取小值，为保证水轮机工况在低水头或小负荷时的水流稳定性，尽量选择小的β2。
6.叶片包角φ= 120° 200°。用大包角可以形成较长的流道而使水流平稳，但伴随而来会有较大的摩擦损失。叶片包角和叶片数可以根据铸造工艺要求选择确定。
全文摘要
本发明涉及一种核主泵全特性叶轮的多工况点设计法。其特征是在核主泵叶轮设计时，把核主泵叶轮的几何参数与泵的全特性联系到一起，结合结合水泵工况和水轮机工况运行条件以及多工况设计法进行核主泵水力设计，达到核主泵在事故工况下能安全稳定运行的要求。采用本发明设计的叶轮可以对叶轮的几何参数进行调节，达到核主泵性能满足各种正常工况和过渡工况要求的目的，特别适用于多工况要求严格的核主泵叶轮设计。
文档编号F04D29/18GK103104543SQ201310069630
公开日2013年5月15日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者王秀礼, 朱荣生, 付强, 袁寿其, 龙云 申请人:江苏大学