大功率屏蔽式核主泵高效低軸向力低脈動(dòng)水力設(shè)計(jì)研究.pdf

1、目前我國(guó)在引進(jìn)AP1000核主泵基礎(chǔ)上開展自主的CAP1400大功率屏蔽電機(jī)主泵研制，水力部件必須進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)和針對(duì)性的研究。CAP1400核主泵要求水力部件的效率高于85％以減小電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)尺寸;要求葉輪上的水力軸向力小于230000N以滿足電機(jī)內(nèi)水潤(rùn)滑推力軸承的承載能力，且不能采取平衡措施;在這兩項(xiàng)性能要求基礎(chǔ)上要盡可能降低水力部件內(nèi)非定常水力脈動(dòng)，以滿足期望的長(zhǎng)周期安全使役。同時(shí)水力部件的設(shè)計(jì)需在壓水室結(jié)構(gòu)和尺寸給定、導(dǎo)葉外徑

2、限定、安裝位置要求和不同葉輪加工要求的多重約束下進(jìn)行。
　　針對(duì)CAP1400核主泵的三個(gè)關(guān)鍵水力性能:效率、軸向力和水力脈動(dòng)，首先建立縮尺水力模型，采用數(shù)值研究和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，針對(duì)性的研究了多重約束下核主泵葉輪-導(dǎo)葉的形性相關(guān)性，揭示了葉片積疊、軸面流道和葉片數(shù)等幾何參數(shù)對(duì)效率和軸向力的影響規(guī)律;確立了一種新的葉輪-導(dǎo)葉協(xié)同優(yōu)化策略，建立了考慮出水邊影響的軸向力修正公式，提出了限制條件下高效低軸向力葉輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)了核

3、主泵水力部件的高效低軸向力設(shè)計(jì);在高效和低軸向力基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種非對(duì)稱軸面流道錯(cuò)列葉片，并開展了錯(cuò)列葉片下壓力脈動(dòng)和非定常徑向力的研究，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了核主泵水力部件的低脈動(dòng)設(shè)計(jì);最終完成了模型泵的設(shè)計(jì)、制造和相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　研究表明:葉輪葉片正傾角積疊規(guī)律有利于提高效率，5葉片葉輪能夠在同時(shí)滿足不同加工要求下提升效率。高效葉輪出水邊主要幾何特征為:大出口寬度、小葉輪外徑。高效導(dǎo)葉葉輪出口寬度比應(yīng)朝著增大的方向優(yōu)化設(shè)計(jì)，高效

4、導(dǎo)葉葉輪出口外徑比同樣應(yīng)朝著增大的方向優(yōu)化設(shè)計(jì);在安裝限制下半喇叭型導(dǎo)葉設(shè)計(jì)有利于提高效率。葉輪出水邊前后蓋板直徑比對(duì)軸向力影響大，適當(dāng)減小前后蓋板直徑比在滿足高效的前提下有利于降低軸向力，通過(guò)前后蓋板直徑比修正的軸向力計(jì)算公式與CFD計(jì)算相符合。高效低軸向力下葉輪出水邊的幾何參數(shù)應(yīng)該按照適當(dāng)增加比轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行計(jì)算。葉輪進(jìn)口直徑在兼顧效率和軸向力下存在一個(gè)合理的取值。積疊傾角對(duì)壓力脈動(dòng)的影響均較弱。錯(cuò)列葉片葉輪能夠明顯降低壓力脈動(dòng)，等