[發明專利]氣液兩相流核主泵葉輪不等揚程水力設計方法

無效

• 申請號: 201310072413.6
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN103104548A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 朱榮生;王秀禮;龍云;付強
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F04D29/22
• 分類號: F04D29/22;F04D29/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種氣液兩相流核主泵葉輪不等揚程水力設計方法，特別涉及一種葉片出口的前蓋板的無限葉片理論揚程小于后蓋板的無限葉片理論揚程時，葉輪出口前后蓋板有限葉片理論揚程相等的氣液兩相流核主泵葉輪不等揚程水力設計方法。

背景技術

80年代以來，原子能反應堆的安全問題，引起了人們的高度重視，從而推動了氣液兩相泵的研究。當反應堆內出現冷卻液泄漏時，隨著冷卻系統內壓力的降低，冷卻液開始沸騰，從而使冷卻泵在氣液兩相流狀態下運動。

目前對氣液兩相流泵尚沒有成熟的設計方法，還不能想清水泵那樣根據給定的流量、揚程、轉速等參數即能較可靠地進行設計。對氣液兩相流泵的主要要求是提高其所能輸送的介質的氣液混合比。

傳統葉輪設計方法預先假定，為了避免有害的流動，對葉輪內所有的流線來說，理論揚程應為同一數值。同時認為，在整個出口邊上出口安放角的值保持不變。每一條流線的靜矩不相同，由此可以得出，修正系數也是變化的，每一條流線的速度也不同，也就是說，出口邊對轉軸而言，并不是如假設那樣平行的。改變給定流線的靜矩，也就是改變流線的長度，可以在某種程度上修正減功系數，但此時的可能性是有限的。一般應將位于葉輪葉片前壁的流線予以加長，但這對葉輪進口葉間流道形狀有不良影響。

改變修正系數，雖然也可以達到恒定的速度，但這時必須改變葉片出口安放角沿葉片出口邊不變的假定，這樣確定出口邊位置比較困難。當比轉數n_s＜250時，出口邊一般是一根直線，如果爭取使出口邊與流線近似成直角，則應使出口邊成凹狀。當比轉數n_s＞250時，為了在某種程度上改善葉片間流道的形狀，可將流線相對于葉輪壁移動，此時出口邊就不再能保持與轉軸平行，即采取了將葉輪流出邊傾斜布置的方法。隨著比轉數的增大，傾角也增大，這時采用不等的葉輪出口直徑，即后蓋板的葉輪出口直徑小于前蓋板葉輪出口直徑，可以減小葉輪出口的回流區，降低水動力損失，使特性曲線在小流量區揚程升高。

由于葉輪中不同流線的靜矩、曲率半徑、出口邊位置的不同，會導致按無窮葉片數等揚程設計的葉輪，在葉片出口處的揚程(Ht)不等，造成出口邊流動紊亂，降低泵效率。

發明內容

為了克服現有核主泵葉輪設計方法的不足，本發明提供一種氣液兩相流核主泵葉輪不等揚程水力設計方法，采用本發明設計的葉輪可以對葉輪的幾何參數進行調節，達到核主泵的設計性能曲線與要求的性能曲線重合的效果。本發明首次提出了氣液兩相流核主泵葉輪不等揚程水力設計方法。通過對傳統離心泵水力設計方法的研究發現，傳統離心泵水力設計方法會導致葉輪葉片出口處流動不理想，本發明首次采用不等揚程法，并考慮了失水事故時核主泵輸送氣液兩相介質，進行核主泵水力設計，提高核主泵的氣液混輸輸送能力，確保核反應堆的安全穩定運行。

本發明的技術方案：

由于葉輪中每條流線是有差異的，這個差異將導致葉輪中各流線的滑移系數μ不等，而認為無限葉片理論揚程H_t∞相等，實際葉輪中各流線的有限葉片理論揚程H_t是不等的。在離心泵水力設計時，葉輪中各流線有限葉片理論揚程H_t相等時所產生的水力損失最小，這樣的水力設計才是最佳的設計結果?；谏鲜鲈O計理論，本發明從無限葉片理論揚程H_t∞不等的前提出發，通過修改葉輪幾何參數，以調整滑移系數，使有限葉片理論揚程H_t相等，達到采用不等揚程方法對核主泵葉輪進行水力設計的目的。不等揚程水力設計基本方法是：

由有限葉片數理論揚程H_t基本公式可知，H_t受D₁、D₂、β₁、β₂、n等參數影響，但這是在未考慮離心力作用使得液體沿前蓋板流動時會產生脫流現象時得出的。若考慮流體粘性、前蓋板的脫流現象以及葉片出口的射流-尾跡結構等因素，則H_t還將受b₁、b₂、n_s等幾何參數的影響。H_t與H_t∞的關系是通過滑移系數建立起來的，但現有離心泵滑移系數公式均是按軸面流道中線(即平均值)進行計算，未考慮各流線的實際流動不同所產生的影響。因此，需首先建立一個可以對各流線的滑移系數分別計算的公式。