一种轴流式重金属泵的水力设计方法与流程

本发明涉及轴流泵的水力设计，具体是一种太阳能热发电系统或核电站系统中使用在极限高温工况下运行的轴流式重金属泵的水力设计方法。

背景技术：

近百年来，随着社会、经济、科技的快速发展，人类对能源的需求与日俱增，能源已经成为促进人类社会和经济发展的必要条件。然而随着化石能源的储量减少、环境问题的日益凸显，开发新能源和可再生能源已成为当前的热点问题。可再生能源如太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等，太阳能是目前被众多科学家推崇有可能大规模取代传统化石能源的潜力能源，为推动我国太阳能发电产业的发展，2015年9月国家能源局颁布第355号文件，决定扩大太阳能热发电产业规模，组织一批太阳能热发电示范项目建设，我国太阳能热发电产业迎来新的发展机遇。

太阳能热发电的核心技术就是如何保证流体高效的热量传递以及蓄热系统设计与制造。目前国外已经运行的光热发电系统传热工质主要采用水/水蒸汽、导热油和熔盐：其中水/水蒸汽经济方便、可直接带动汽轮机运转，省去了中间换热环节，但由于高温下水发生汽化，工质的循环系统必须采用闭式系统，且系统压力高达20mpa以上；而熔盐传热无相变、传热均匀、系统压力低、安全可靠，但是其高温下易发生分解，温度范围窄，在240℃左右会发生结晶，且结晶不易消除，一旦发生将出现大面积冻管，整个系统报废。可见传统传热工质都有不同的缺点，技术上存在难以突破的瓶颈，限制了光热发电的发展。而液态金属(重金属)具有流动性能好、传热能力强、热物性稳定、使用温度高且温度范围广(140℃～1000+℃)、传热和储热系统不需要保持高压等一些列优点，消除了集热塔流体介质过热管路超压或集热装置内热爆炸的可能性，使整个光热系统设计简化。

然而目前国内外对重金属泵的研究非常少，关于重金属泵的公开的文献资料几乎没有。本发明主要是提供一种轴流式重金属泵的水力设计方法，主要包括对重金属泵的叶轮、导叶和扩散管进行水力设计，使该泵具有较高的效率和良好的气蚀性能。

技术实现要素：

本发明的目的：由于重金属泵的输送介质为液态金属，且在高温工况下运行，可见泵的安全性最为重要，由于液态金属和水差别较大，普通的轴流泵的水力设计方法并不适用于轴流式重金属泵，轴流式重金属泵需要在其具有极高运行可靠性的前提下，有较高的水力性能和良好的气蚀性能。

为实现上述目的，本发明提供一种轴流式重金属泵的水力设计方法，轴流式重金属泵工作在高温的极限工况下，输送介质为高温液态金属，其主要过流部件由吸入室(1)、叶轮(2)、导叶(3)和扩散管(4)四部分组成，对重金属轴流泵的结构参数包括叶轮外径d、轮毂比、翼型安放角、叶珊疏密度、导叶叶片数、导叶体锥角、导叶进口边和叶轮出口边之间的距离、扩散管长度和扩散管扩散角进行水力设计，各参数由以下公式确定：

β1＝(0.76～0.78)·β′

β2＝(1.09～1.11)·β′

zy＝3～5；

zd＝6～9；

γ1＝7°～13°

l1＝(0.07～1.12)·d

γ2＝5°～10°

l2＝(1.1～1.3)·d

式中：

dh—叶轮轮毂直径，mm；

d—叶轮外径，mm；

ns—比转速，

q—泵流量，m³/h；

n—泵转速；

vm—轴面速度，m/s；

u—圆周速度，m/s；

vu1—圆周分速度，m/s；

r—圆截面半径，mm；

r—叶轮半径，mm；

βm—轮毂处叶片进口安放角，ο；

β′—翼型安放角，ο；

β1—叶轮液流进口角，ο；

β2—叶轮液流出口角，ο；

φ—叶片包角，ο；

l/t—叶珊疏密度；

zd—导叶叶片数；

γ1—导叶体锥角，ο；

l1—导叶进口边和叶轮出口边之间的距离，mm；

γ2—扩散管扩散角，ο；

l2—扩散管长度，mm；

叶轮叶片数zy和导叶叶片数zd互为质数，导叶出口安放角为90度。

本发明的有益效果：

本发明能在保证泵良好安全特性的前提下，有着良好的水力性能、气蚀性能，使泵的运行更可靠。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构简图；

图2和图3是本发明一个实施例叶轮的剖面简图及平面叶珊分布；

图4是本发明一个实施例的导叶剖面简图；

图5是本发明一个实施例的扩散管的剖面简图

附图标记说明：1-吸入室，2-叶轮，3-导叶，4-扩散管。

具体实施方式

图1至图5是本发明一个实施例的结构简图及各过流部件的剖面简图。本发明提供一种轴流式重金属泵的水力设计方法，轴流式重金属泵工作在高温的极限工况下，输送介质为高温液态金属，其主要过流部件由吸入室(1)、叶轮(2)、导叶(3)和扩散管(4)四部分组成，对重金属轴流泵的结构参数包括叶轮外径d、轮毂比、翼型安放角、叶珊疏密度、导叶叶片数、导叶体锥角、导叶进口边和叶轮出口边之间的距离、扩散管长度和扩散管扩散角进行水力设计，各参数由以下公式确定：

β1＝(0.76～0.78)·β′

β2＝(1.09～1.11)·β′

zy＝3～5；

zd＝6～9；

γ1＝7°～13°

l1＝(0.07～1.12)·d

γ2＝5°～10°

l2＝(1.1～1.3)·d

叶轮叶片数zy和导叶叶片数zd互为质数，导叶出口安放角为90度。