一种分析核主泵液相运行性能的映射曲线构造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核电站核岛内反应堆冷却剂主循环泵全特性研宄领域，涉及一种核主 泵研宄、设计所需的映射曲线，特别涉及一种基于大量实验数据、数理统计和泵相似理论的 映射曲线的构造方法。
【背景技术】
[0002] 核反应堆冷却剂主循环泵简称为核主泵，安装于反应堆一回路反应堆与蒸汽发生 器之间，它的主要功能是保证反应堆冷却剂的正常循环，对反应堆进行降温，同时将堆芯核 反应产生的热能传递给蒸汽发生器。核主泵在高温、高压、强辐射的恶劣环境下工作，要求 至少连续运行三十年无故障。因此，在核主泵的研宄、设计中，必须通过实际产品的实验来 检验和优化设计方案。
[0003] 核主泵的额定扬程达100米，额定流量在20000米3/小时左右，运行环境温度可达 近300摄氏度，压力可达15兆帕，以及诸多其它原因导致泵体非常庞大，造价十分昂贵。按 照设计方案生产出实型泵进行试验势必耗资巨大，所以须要按照泵相似定律按比例将核主 泵缩小到合适大小的模型泵再进行生产和试验，然后通过相似定律来分析实型泵的性能。
[0004] 通过模型泵的全特性试验，可以得到大量的实验数据，只有将这些数据按照一定 的统计方法整理拟合成曲线的形式，才能方便地观察、分析模型泵在各工况的性能，通过模 型泵性能来推算实型泵的性能也要以这些曲线为重要的辅助工具。迄今为止，该领域所使 用的曲线主要有特性曲线、无因次曲线、等扬程和等扭矩曲线，但是，这三类图线不能完全 满足核主泵性能分析的需要。以等扬程曲线为例，它的扬程值是离散的、有限的，当需要的 扬程、扭矩在曲线上无法直接获得时，需要曲线使用者按照一定的统计方法进行插值寻找， 极不方便，尤其不利于通过计算机编程来分析核主泵的性能。国内目前已经授权的有关泵 性能曲线构造方法的专利为数甚少，仅有专利号为ZL200510028470. X的"利用管路特性曲 线测量泵特性曲线的方法"发明专利，该专利提出了一种绘制泵特性曲线的新方法，就是通 过使用管路特性曲线，结合试验过程中的具体测量值来绘制泵的特性曲线。该专利只是对 本领域现已存在的特性曲线的绘制方法进行了一些探索，得到了新的绘制方法，并没有提 出处理实验数据的新方法，或者说并没有提出一种有助于核主泵研宄的新的曲线形式。
[0005] 鉴于以上原因，本发明专利构造出了一种全新的曲线形式，以数理统计、泵的相似 理论为基础对实验数据进行特殊处理，得到一种分析核主泵液相运行性能的映射曲线，很 好地解决了上述问题。该曲线具有简洁直观、使用方便的特点，尤其有利于计算机编程分 析核主泵性能，因为映射曲线在坐标系中保持闭合、连续，可以在很大程度上简化程序的编 写。
[0006] 发明目的
[0007] 为了弥补该领域现有曲线分析核主泵性能时存在的不足，方便编写计算机程序进 行核主泵的研宄、优化，本发明提出了 一种映射曲线的构造方法。
【发明内容】
[0008] 本发明所采用的技术方案是：核主泵液相运行状态下一种映射曲线的构造方法， 其特征在于，包括以下步骤：
[0009] 步骤1 :为了构造映射曲线，本专利从泵的相似理论出发进行推导，得到合适的曲 线横坐标、纵坐标。
[0010] 泵的相似理论指出，当两台泵几何相似
[0012] 且运动相似
[0014] 时，必然存在动力相似
[0016] 式中
[0017] D一一实型泵叶轮直径，米；
[0018] Dm一一模型泵叶轮直径，米；
[0019] b一一实型泵叶片宽度，米；
[0020] bM 模型泵叶片宽度，米；
[0021] L一一实型泵线性尺寸，米；
[0022] Lm一一模型泵线性尺寸，米
[0023] v--实型泵流体的绝对速度，米/秒；
[0024] vM--模型泵流体的绝对速度，米/秒；
[0025] ?--实型泵流体的相对速度，米/秒；
[0026] ?M一一模型泵流体的相对速度，米/秒；
[0027] \x--实型泵流体的圆周速度，米/秒；
[0028] y M--模型泵流体的圆周速度，米/秒；
[0029] n--实型泵叶轮转速，转/分；
[0030] nM--模型泵叶轮转速，转/分；
[0031] F--作用在液体上的外力，包括粘性摩擦力、压力、重力、表面张力、弹性力等， 牛；
[0032] ma--流体在外力作用下因本身引起的惯性力，牛；
[0033] Ne--常数；
[0034] 步骤1. 1 :推导扬程映射曲线和扭矩映射曲线的横坐标如下
[0035] 流体绝对速度v与流体流量Q成正比关系
[0036]
[0037] 式中
[0038] Q--流量，米3/小时；
[0039] 流体圆周速度y正比于叶轮外径D与叶轮转速n的乘积Dn
[0040] u nD (5)
[0041]由⑵（4) (5)式，得
[0043] 无因次化，得
[0045] 式中
[0046] Qn--额定流量，米3/小时；
[0047] nN--叶轮额定转速，转/分；
[0048] a--流量映射因数；
[0049] 0--转速映射因数；
[0050] 可见，模型泵与实型泵只要a 0 / a值相等，就具备运动相似和动力相似，处 于相似工况点。因此，映射曲线的横坐标应该取a/|3或者|3/a。
[0051] 步骤1. 2 :推导扬程映射曲线的纵坐标如下
[0052] 泵的实际扬程H是力学扬程和水力损失之差，而力学扬程和水力损失都，所以泵 实际扬程与v2也成正比关系
[0053] H v2 (8)
[0054] 根据（2)式得到
[0055] v 00 nD (9)
[0056] 由⑶（9)式，得
[0057] H n2D2 (10)
[0058] 无因次化，得
[0060] y 〇c (12)
[0061] 式中
[0062] H--扬程，米；
[0063] Hn--额定扬程，米；
[0064]y--扬程映射因数；
[0065] 由（4) (9)式，得
[0066] Q °c nD3 (13)
[0067] 去量纲化
[0069] a 〇c 0 (15)
[0070] 由（12) (15)式，得
[0071] y 〇c a 2 (16)
[0072] 可见，扬程映射曲线的纵坐标应该取Y/02或者Y/a 2。
[0073] 步骤1. 3 :推导扭矩映射曲线的纵坐标。扭矩映射曲线的纵坐标推导方法与扬程 映射曲线纵坐标的推导方法一致，这里不再赘述，仅列出推导结果如下
[0074] 扭矩映射曲线的纵坐标应该取0/0 2或者0/a 2。
[0075] 其中
[0076] 0 一一扭矩映射因数；
[0077] 步骤2 :进行核主泵模型泵实验，采集原始数据。严格按照实验标准搭建实验台， 对正转水泵工况、正转正流制动工况、正转逆流制动工况、反转水泵工况、反转正流制动和 反转逆流制动工况进行实验，采集转速、流量、扬程、扭矩的数据。
[0078] 步骤3 :建立两个坐标系，分别为扬程映射曲线坐标系和扭矩映射曲线坐标系，前 一个坐标系的横坐标为a或者0/a，纵坐标为Y/02 (当横坐标取a时）或者 Y / a 2 (当横坐标取0 / a时）。后一个坐标系的横坐标为a / 0或者0 / a，纵坐标为0 / 02(当横坐标取a/f3时）或者0/a2(当横坐标取f3/ a时）；
[0079] 其中
[0084] 式中：
[0085] a--流量映射因数；
[0086] 0--转速映射因数；
[0087] y--扬程映射因数；
[0088] 0--扭矩映射因数；
[0089] Q--流量，米3/小时；
[0090] n--转速，转/分；
[0091] H--扬程