一种核主泵对称式非均匀分布导叶结构的制作方法

本实用新型涉及核电和叶轮机械
技术领域：
，尤其是一种核主泵对称式非均匀分布导叶结构。
背景技术：
：我国还没有安全掌握三代压水堆主泵的研制技术，核主泵成为大型三代先进压水堆核电站国产化难度最大的装备。为了踏入国际市场及避免受让合同的限制，我们需要自主研发出满足核岛一回路动力循环要求的商用大功率核主泵。当前国内核主泵试验基地的阶段性实验结果表面：核主泵试验件的压力脉动强度较大，这对核主泵的长期安全稳定服役极为不利。因此，一种能够抑制核主泵压力脉动强度的特殊水力模型结构具有重要的现实意义。美国研发的三代核主泵AP1000及国内的正在研发的CAP1400核主泵均采用均匀分布的传统导叶结构3(如图1所示)，而核主泵整体上是一个非完全圆周对称的结构，以前的设计者们在导叶设计过程中往往忽略了这一细节，考虑形性协同的新型核主泵导叶结构设计较为少见。技术实现要素：本实用新型的目的是提供一种设计新颖、可使核主泵内的流动更加符合核主泵形状特征及流动规律，有效降低核主泵内部的流动损失，最终达到提升核主泵的性能特性和降低压力脉动强度目的的核主泵对称式非均匀分布导叶结构。本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案：一种核主泵对称式非均匀分布导叶结构，包括压水室、安装于压水室内部的导叶轮盘及固定于导叶轮盘上的旋转叶轮和导叶，旋转叶轮固定于导叶轮盘的中心，导叶以导叶轮盘的轴心为圆心绕旋转叶轮的外圆周固定于导叶轮盘上，并使所述导叶的尾缘位于导叶轮盘出口端的圆周上；所述导叶包括一个参考导叶片及14个导叶叶片，导叶叶片均与参考导叶片的形状相同；参考导叶片的尾缘位于压水室的中轴线上，14个导叶叶片关于压水室的中轴线对称分布；以参考导叶片为起点，以最后一个导叶叶片为终点，在顺时针方向上每相邻的两个导叶的尾缘在导叶轮盘出口端的圆周上截取的圆弧所对应的圆心角分别为:θ1＝17°,θ2＝17.9711°,θ3＝19.3307°,θ4＝21.2342°,θ5＝23.8990°,θ6＝27.6297°,θ7＝32.8527°,θ8＝40.1650°,θ9＝32.8527°,θ10＝27.6297°,θ11＝23.8990°,θ12＝21.2342°,θ13＝19.3307°,θ14＝17.9711°，以使所述导叶对称非均匀分布于压水室的中轴线的两侧。本实用新型的有益效果在于：本实用新型针对核主泵整体非完全圆周对称的结构特征，这里提出的对称式非均匀分布导叶结构通过调整导叶通流面积，使得核主泵内的流动更加符合核主泵形状特征及流动规律，降低了核主泵内部的流动损失，最终达到提升核主泵的性能特性和降低压力脉动强度的目的。附图说明图1是传统的叶片均匀分布的导叶结构图。图2是本实用新型的对称式非均匀导叶结构的轴面流道图。图3是本实用新型的对称式非均匀导叶结构示意图。图4是本实用新型的设计流程图。图5是本实用新型中第2个叶片的生成结果示意图。图6是本实用新型中第i+1个叶片的生成结果示意图。图7是本实用新型设计的导叶与传统导叶的扬程对比结果。图8是本实用新型设计的导叶与传统导叶的效率对比结果。图9是传统导叶结构的压力脉动强度的等值线图。图10是本实用新型导叶结构的压力脉动强度的等值线图。图中：1-压水室、2-压水室的中轴线、3-传统导叶结构、4-旋转叶轮、5-导叶轮盘、6-导叶轮盖、7-轴、8-参考导叶片、9-导叶叶片。具体实施方式以下结合附图及具体实施方式对本实用新型进行说明：图2和图3示出了本实用新型一种核主泵对称式非均匀分布导叶结构的基本结构。一种核主泵对称式非均匀分布导叶结构，包括常规的压水室1、阻挡导叶叶顶介质泄漏的导叶轮盖6，安装于压水室1内部的导叶轮盘5及固定于导叶轮盘5上的旋转叶轮4和导叶，旋转叶轮4固定于导叶轮盘5的中心，导叶以导叶轮盘5的轴心(即轴7)为圆心绕旋转叶轮4的外圆周焊接固定于导叶轮盘5上并使导叶的尾缘位于导叶轮盘5出口端的圆周上。具体地，导叶包括一个参考导叶片8及14个导叶叶片9，参考导叶片8及导叶叶片9形状均相同；参考导叶片8的尾缘位于压水室1的中轴线2上，14个导叶叶片9关于压水室1的中轴线2对称分布；以参考导叶片8为起点，以最后一个导叶叶片9为终点，在顺时针方向上每相邻的两个导叶的尾缘在导叶轮盘5出口端的圆周上截取的圆弧所对应的圆心角分别为:θ1＝17°,θ2＝17.9711°,θ3＝19.3307°,θ4＝21.2342°,θ5＝23.8990°,θ6＝27.6297°,θ7＝32.8527°,θ8＝40.1650°,θ9＝32.8527°,θ10＝27.6297°,θ11＝23.8990°,θ12＝21.2342°,θ13＝19.3307°,θ14＝17.9711°，以使导叶对称非均匀分布于压水室1中轴线2的两侧。本实用新型提出的导叶结构设计通过调整叶片的分布形式来实施核主泵水力性能的提升，并有效降低核主泵压力脉动强度。图4示出了导叶设计方法的基本流程。本实用新型一种核主泵对称式非均匀分布导叶结构的导叶设计方法，包括以下步骤：S1、确定参考导叶片8的安装位置：在压水室1的中轴线2位置处设置一片导叶作为参考导叶片8，并使该参考导叶片8满足：参考导叶片8的尾缘位于压水室1的中轴线2上；将参考导叶片8记为第1个叶片；S2、确定对称式非均匀分布的导叶的主要控制变量，主要控制变量包括第2个叶片的旋转生成角θ1，导叶的非均匀分布调节系数m以及调节变量d；所述第2个叶片的旋转生成角θ1为第2个叶片的尾缘与第1个叶片的尾缘在导叶轮盘5出口端的圆周上截取的圆弧所对应的圆心角；所述第2个叶片位于第1个叶片的顺时针方向一侧且与第1个叶片相邻；包括以下步骤：A1、确定第2个叶片的旋转生成角θ1＝17°；A2、确定导叶的非均匀分布调节系数m＝1.4；A3、计算确定调节变量d：在已确定的第2个叶片的旋转生成角θ1和导叶的非均匀分布调节系数m的数值基础上，通过以下公式获得调节变量d的唯一具体数值为0.6934：S3、计算确定其余13个导叶之间的旋转生成角θi，其中，2≤i≤14,i∈N；所述第i+1个叶片的旋转生成角θi为第i+1个叶片与相邻的第i个叶片的尾缘在导叶轮盘5出口端的圆周上截取的圆弧所对应的圆心角；包括以下步骤：B1、通过以下公式计算确定第3个叶片至第9个叶片的旋转生成角θi，其中，2≤i≤8,i∈N：通过将θ1＝17°，m＝1.4及d＝0.6934代入，得到第3至第9个叶片的旋转生成角θ2,θ3,θ4,θ5,θ6,θ7,θ8的值如表1所示：表1第3至第9个叶片的旋转生成角计算结果叶片编号旋转生成角角度值(°)3θ217.97114θ319.33075θ421.23426θ523.89907θ627.62978θ732.85279θ840.1650B2、计算确定第10个叶片至第15个叶片的旋转生成角θi，其中，9≤i≤14,i∈N：θi＝θ16-i；得到第10至第15个叶片的旋转生成角θ9,θ10,θ11,θ12,θ13,θ14的值如表2所示：表2第10至第14个叶片的旋转生成角计算结果叶片编号旋转生成角角度值(°)10θ932.852711θ1027.629712θ1123.899013θ1221.234214θ1319.330715θ1417.9711S4、基于步骤S2和步骤S3得到的旋转生成角θi，其中，1≤i≤14,i∈N，进行对称式非均匀分布导叶的建模，包括以下步骤：(如图4所示)C1、如图5所示：生成第2个叶片：针对已确定的第1个叶片，取与第1个叶片结构相同的导叶叶片9作为第2个叶片，将其绕导叶轮盘5的中心置于第1个叶片的顺时针方向一侧并与第1个叶片相邻，然后将第2个叶片旋转至第2个叶片的尾缘与第1个叶片的尾缘在导叶轮盘5出口端的圆周上截取的圆弧所对应的圆心角为θ1的位置，固定于导叶轮盘5上，第2个叶片生成完成；C2、依次地，如图6所示：第i+1个叶片的生成：针对已生成的第i个叶片，其中i>1，取与第i个叶片结构相同的导叶叶片9作为第i+1个叶片，并将其绕导叶轮盘5的中心置于第i个叶片的顺时针方向一侧并与第i个叶片相邻，然后将第i+1个叶片旋转至第i+1个叶片的尾缘与第i个叶片的尾缘之间在导叶轮盘5出口端的圆周上截取的圆弧所对应的圆心角为θi的位置，固定于导叶轮盘5上，第i+1个叶片生成完成；C3、重复步骤C2，直至i值达到14，得到对称式非均匀分布的导叶结构。本实用新型针对核主泵整体非完全圆周对称的结构特征，这里提出的对称式非均匀分布导叶结构通过调整导叶通流面积，使得核主泵内的流动更加符合核主泵形貌特点及流动规律，降低了核主泵内部的流动损失。图7和图8分别是传统的均匀分布导叶结构与本实用新型的对称式非均匀导叶结构的效率特性和压力特性的对比结果，由两图可知：本实用新型所提出的新结构在0.8～1.2设计流量范围内均能使得核主泵的性能特性得到显著提升。图9和图10分别给出了传统导叶结构与本实用新型的压力脉动强度的等值线图，通过对比可以发现，本实用新型所提出的新结构能够明显降低了核主泵内的压力脉动强度，有助于核主泵的长期稳定服役。以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属
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的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。当前第1页1 2 3