专利名称：偏置式泵壳的收敛形排出喷管的制作方法
技术领域：
本发明一般属于核反应堆冷却剂系统内使用的主泵，更详细地说，涉及偏置式泵壳的收敛形排出喷管。
在压水式核动力发电站内，反应堆的冷却剂系统用来从反应堆的堆芯向产生蒸汽的蒸汽发生器传递热量。而蒸汽用来驱动汽轮发电机。反应堆冷却剂系统包括多支独立的冷却环路，每支环路都与反应堆堆芯相连接，并且含有蒸汽发生器和反应堆冷却剂泵。
在核动力发电站内使用的一种反应堆冷却剂系统中，反应堆的冷却剂泵为高惯性泵，该泵用密闭方式装在相应冷却剂环路中的一台蒸汽发生器上。每台泵都含有外壳和沿轴向延伸的中心转子和密封电机，该转子在其相对的两端用上轴承和下轴承加以安装，而密封电机环绕着泵转子位于上轴承和下轴承之间。电机包括转子部分和定子，转子部分安装在泵转子上以进行转动，而定子则围绕着转子部分固定地装在泵壳上。
此外，每台主泵包含一只叶轮，该叶轮安装在泵转子的一端。主泵的叶轮与转子一同转动，同时将反应堆的冷却水通过泵壳上的中央吸入喷管沿轴向吸进。另外，叶轮还通过泵壳上外围的排出喷管沿切向将冷却水排出。
一般泵壳的几何形状是蜗壳型的，其中的排出喷管安置在叶轮的旋转平面内，这样，由叶轮压出的水流的流动路线直接进入排出喷管。然而蜗壳型泵壳的直径大，重量重和价格高。为了减少主泵的体积、价格和重量，可以采用偏置型泵壳。在偏置型泵壳中，排出喷管沿轴向偏移开叶轮的旋转平面，这样可以使泵壳具有较小的直径，但是要求冷却水在到达排出喷管之前必须沿着按轴线定向的螺旋线流动路线进行流动。
这样，在用偏置型泵壳替换蜗壳型泵壳的情况下，将会引起效率损失，这是因为偏置型泵壳的流动面积一般要大些，并且不能与液体流量所需要的流动面积正确匹配。这种效率损失是由于主泵壳内的翻转(混和)损失和排出喷管内的流量缩小损失造成的。
因此，有必要改进偏置型泵壳的设计，以便减少与设计有关的效率损失。
本项发明提供一种旨在满足上述要求的偏置型泵壳。本项发明属于将偏置型泵壳上惯用的一般为圆柱形的排出喷管，修改为一种由半圆柱外形以及由半椭圆柱和半圆锥组成的外形而构成的合成形体，为了简便起见，下文里称之为“收敛形”排出喷管，这种排出喷管可以减少流量缩小损失。损失的减少可以增加泵的水力效率，这是由于将泵壳排出喷管的流动面积由突然变化的改变为平稳变化的而得到的。
因此，本项发明是针对唧送液体的主泵，该泵包括(a)泵壳，该泵壳规定有吸入液体的吸入喷管，排出液体的外围的收敛形排出喷管和相互连通吸入喷管和排出喷管的导管，通过该导管，液体可以从吸入喷管流至排出喷管(56);(b)叶轮，该叶轮放置在与导管相通的泵壳内，并且沿轴向离泵壳的排出喷管有一偏距，叶轮可以转动，以便将液体通过吸入喷管吸进泵壳，并且使液体流过导管之后从泵壳沿切向通过外围的排出喷管而排出。泵壳的收敛形排出喷管由在平面的上方和下方所限定的第一侧壁部分和第二侧壁部分组成，上述平面通常平行于叶轮的转动轴。第一侧壁部分为半圆柱形，而第二侧壁部分为半椭圆柱和半圆锥的合成外形。
结合着表示和描述本发明说明性的实施例的附图来阅读下述的详细说明，这样，本项发明的这些和其它特征和优点，对于精通这项技术的人们来说将是很明显的。
在下面的详细说明过程中，将引用附图，在这些附图中
图1是现有技术的核反应堆堆芯和连接于其上的冷却剂系统的透视图。
图2是图1上冷却剂系统中现有技术的反应堆冷却剂泵的部分剖切的正视图。
图3为现有技术的偏置型泵壳的剖面图，该泵壳的排出喷管呈圆柱形。
图4为图3中现有技术的偏置型泵壳上，圆柱形排出喷管的内表面在两相间隔部位处的剖面形状的比较示意图。
图5为类似于图3的视图，但是偏置型泵壳具有本项发明推荐的收敛形排出喷管。
图6为本项发明的偏置型泵壳上，收敛形排出喷管的内表面在两相间隔部位处的剖面形状的比较示意图。
图7是通过流动面积对液体流程长度的关系曲线来表示的比较蜗壳型泵壳和偏置型泵壳的曲线图，另外该图还表示由于将惯用的圆柱形排出喷管修改为本发明推荐的收敛形排出喷管所引起的偏置型泵壳曲线图的曲线变化情况。
现在参照附图，特别是图1，图中示出了具有现有技术水平的核反应堆堆芯的压力容器10，以及与其相连接的冷却剂系统12。反应堆的冷却剂系统12包含两支冷却剂环路，它们通常用数码14A和14B表示。冷却剂系统的14A和14B的每一支环路都含有单独的蒸汽发生器16，一对密封电机驱动的高惯性泵18，单独的热支管20和一对冷支管22。
每支冷却剂环路14A，14B中的一对主泵18，都以密闭方式在相反的位置装到相应冷却剂环路内的一台蒸汽发生器16上。每台主泵18有一泵壳24，该泵壳被直接，例如用焊接，连接到蒸汽发生器16的管板26的底部，这样，可以将这两个部件有效地组合成单一的结构。
热支管20分布在反应堆压力容器10和相应的蒸汽发生器16之间，并且将二者相互连通，以便将高温的反应堆冷却剂从压力容器10送入蒸汽发生器16。冷支管22分布在主泵18和反应堆压力容器10之间，并且将二者相互连通，以便将低温的反应堆冷却剂从蒸汽发生器16经由主泵18唧回至反应堆的压力容器10。此外，用波动管30将稳压器筒28连接至一条热支管20。
参考图2，图中比较详细地表示出一台反应堆冷却剂泵18。除去外泵壳24以外，主泵18含有一个中央转子32，该转子沿轴向伸入泵壳24内，并且安装得能够转动，转子的下端装有可倾瓦轴承34，其上端为装可倾瓦和推力轴承组合36上。密封电机38沿着泵转子32位于上下两轴承34、36之间。电机38包含转子部分40和定子42，转子部分装在泵转子32上以进行转动，而定子则围绕着转子部分40固定地装在泵壳24上。围绕着电机38装有环形冷水套筒44。同样地，为了进行冷却，在上推力轴承附近还装有冷却蛇形管(未示出)。
同时，在泵转子32的上端装有与转子32一起转动的叶轮46。泵壳24在其上端设有中央吸入喷管48，在邻近上端处装有切向排出喷管50，以及连通两喷管的导管51。排出喷管50和叶轮46沿轴向相互有一偏距，这样，泵壳是偏置型的。
转子32和叶轮46的转动将冷却水从蒸汽发生器16沿轴向通过中央吸入喷管48吸入泵壳24，并且冷却水在流过泵壳24的导管51以后，沿切向通过泵壳24的排出喷管50被唧至相应的一条冷支管22。这样，泵的转动在吸入喷管48处造成减压，从而将冷却水从反应堆压力容器10通过相应的热支管20吸入并流过蒸汽发生器16，另外，在排出喷管50处造成增压，从而将冷却水通过冷支管22唧回并流过反应堆压力容器10。
参考图3，图上以稍为简化的形式表示出偏置型泵壳24。该泵壳具有中央吸入喷管48，外围的排出喷管50和导管51。排出喷管50为普通圆柱形结构，该圆柱形结构在位置52处产生流动面积的突然变化，另外，在位置52处排出喷管50的较短部分50A连接到泵壳24。图4为表示图3上偏置型泵壳24内，具有现有技术水平的圆柱形排出喷管50的内表面54上，两间隔部位“A”和“a”处的具有相同圆截面形状的图形。
参考图5，图上以稍为简化的形式也表示出偏置型泵壳24，该泵壳具有中央吸入喷管48和排出喷管56，但该排出喷管修改为本发明推荐的收敛形排出喷管。收敛形排出喷管由在假想平面C的上方和下方所限定的第一侧壁部分58和第二侧壁部分60所组成，该假想平面通常平行于叶轮(未示出)的转动轴线D，并且偏移至叶轮转动轴的一侧。如同从图5以及图6上的图形所能确定的那样，第一侧壁部分58大致沿切向延伸至泵壳24，并且大致为半圆形或半圆柱形，而第二侧壁部分60大致为半椭圆柱和半圆锥的合成外形。排出喷管56的出孔56A大致为圆形。
第二侧壁部分60的半圆锥形组成一个近似于25°的锥角。对比文献报道，在管路流量试验中，得出的最大锥角为30°。同样的锥角最大极限也适用于本项发明的收敛形排出喷管。图6是表示收敛形排出喷管56的内表面56B上，部位为“B”处的半椭圆形和部位为“b”处的圆形的图形。
图5为本发明的收敛形排出喷管56所具有的损失系数比图3上原有技术水平的圆柱形排出喷管所具有的损失系数大约低10倍。在本发明推荐的收敛形排出喷管中，泵壳排出喷管处的流动面积是从突然变化的变成平稳变化的，该收敛形排出喷管与一般球形泵壳体24相面接。图7是通过流动面积对液体流程长度的关系曲线来表示的比较蜗壳型泵壳和偏置型泵壳的曲线图。然而更重要的是，图7还描绘出由于将图3上具有现有技术水平的圆柱形排出喷管50，修改为图5上本发明推荐的收敛形排出喷管56所引起的偏置型泵壳曲线图从突变的变为平滑的曲线变化情况。
权利要求
1.唧送液体的泵包含(a).泵壳(24)，该泵壳限定有收纳液体的吸入喷管(48)，排出液体的收敛形排出喷管(56)以及相互连通该吸入喷管(48)和该排出喷管(56)的导管(51)，液体通过该导管可以从该吸入喷管(48)流至该排出喷管(56)；和(b).叶轮(46)，该叶轮放置在与该导管(51)相通的上述泵壳(24)内，并且可以绕着轴线(D)在一转动平面内转动，而该转动平面沿轴向偏离该排出喷管(56)，叶轮的转动可以将液体通过该吸入喷管(48)吸入上述泵壳(24)，并且可以使液体在流过上述导管(51)之后，沿切向从该泵壳(24)通过前述的收敛形排出喷管(56)而排出；(c).该收敛形排出喷管(56)由在假想平面(c)的上方和下方所限定的第一侧壁部分和第二侧壁部分(58，60)组成，上述假想平面的延伸通常平行于上述叶轮(46)的转动轴线(D)，该第一侧壁部分(58)大致沿切向延伸至上述泵壳(24)，该第二侧壁部分(60)大致为半圆锥外形。
2.按照权利要求1中所述的泵(18)，其特征在于该第二侧壁部分(60)大致为半椭圆柱和半圆锥的合成外形。
3.按照权利要求1中所述的泵(18)，其特征在于该第一侧壁部分(58)大致为半圆柱外形。
4.按照权利要求2中所述的泵(18)，其特征在于该收敛形排出喷管(56)的出孔(56A)大致为圆形。
5.按照权利要求1中所述的泵(18)，其特征在于该第二侧壁部分(60)的半圆锥外形所确定的锥角大约不小于30℃。
6.按照权利要求1中所述的泵(18)，其特征在于该第二侧壁部分(60)的半圆锥外形所确定的锥角大致为25℃。
7.核反应堆冷却剂系统(12)内，唧送反应堆冷却剂液体的冷却剂泵(18)包含(a)泵壳(24)，该泵壳限定有收纳反应堆冷却剂液体的吸入喷管(48)，排出反应堆冷却剂液体的收敛形排出喷管(56)和相互连通该吸入喷管(48)和该排出喷管(56)的导管(51)，反应堆冷却剂液体通过该导管可以从该吸入喷管(48)流至该排出喷管(56);(b)转子(32)，该转子沿轴向穿过上述泵壳(24)，并且其一端布置在由该泵壳(24)所限定的导管(51)的附近;(c)叶轮(46)，该叶轮安装在上述转子(32)的端部，放置在与该导管(51)相通的上述泵壳(24)内，并且可以与该转子(32)绕着轴线(D)在一转动平面内转动，而该转动平面沿轴向偏离该排出喷管(56)，叶轮的转动可以将液体通过该吸入喷管(48)吸入上述泵壳(24)，并且可以使液体在流过上述导管(51)之后，沿切向从该泵壳(24)通过前述的收敛形排出喷管(56)而排出;(d)该收敛形排出喷管(56)由在假想平面(c)的上方和下方所限定的第一侧壁部分和第二侧壁部分(58，60)组成，上述假想平面的延伸通常平行于上述叶轮(46)的转动轴线(D)，该第一侧壁部分(58)大致沿切向延伸至上述泵壳(24)，该第二侧壁部分(60)大致为半圆锥外形。
8.按照权利要求7中所述的冷却剂泵(18)，其特征在于该第二侧壁部分(60)大致为半椭圆柱和半圆锥的合成外形。
9.按照权利要求7中所述的冷却剂泵(18)，其特征在于该第一侧壁部分(58)大致为半圆柱外形。
10.按照权利要求9中所述的冷却剂泵(18)，其特征在于收敛形排出喷管(56)的出孔(56A)大致为圆形。
11.按照权利要求7中所述的冷却剂泵(18)，其特征在于该第二侧壁部分(60)的半圆锥外形所确定的锥角大约不小于30°。
12.按照权利要求7中所述的冷却剂泵(18)，其特征在于该第二侧壁部分(60)的半圆锥外形所确定的锥角大约为25°。
全文摘要
核反应堆冷却剂系统内，即送冷却剂液体的冷却剂泵(18)含泵壳(24)，转子(32)和叶轮(46)。泵壳(24)限定有收纳液体的吸入喷管(48)，排出液体的排出喷管(56)和连通吸入喷管和排出喷管的导管(51)，液体通过该导管可以从吸入喷管流至排出喷管。排出喷管由在平面(c)的上方和下方所限定的第一和第二侧壁部分(58，60)组成。第一侧壁部分(58)大致为半圆柱形，而第二侧壁部分(60)大致为半椭圆柱和半圆锥的合成外形。
文档编号F04D29/40GK1060550SQ91109438
公开日1992年4月22日 申请日期1991年10月5日 优先权日1990年10月5日
发明者艾伦·伦纳德·莫里斯 申请人:西屋电气公司