[發明專利]基于徑向力多工況核電用泵環形泵殼水力設計方法

有效

• 申請號: 201410441733.9
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104314870B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 王秀禮;尹庭赟;袁壽其
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F04D29/40
• 分類號: F04D29/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于核電用泵領域，尤其是基于徑向力多工況核電用泵環形泵殼水力設計方法。

背景技術

核電泵要求連續運轉，對可靠性和安全性要求極為嚴格。許多泵還要求在緊急情況下可以保證安全停車。由于放射性液體的泄漏對環境和人身構成潛在的威脅，要保證這些泵沒有泄露或泄露在可控制的范圍之內，在結構上就必須保證核電用泵是整體的裝在一個容器里，這樣也造成核電用泵成本高。

核電用泵是核承壓設備，應遵守美國ASME規范和法國RCC規范。按ASME規范核設備分三個等級：

核一級：它的損壞會導致一回路冷卻劑的漏失超過反應堆正常補水能力，或會阻礙反應堆的順利停堆和冷卻。

核二級：核一級以外的輸送反應堆冷卻劑的承壓設備。

核三級：其他重要安全設備，及其損壞不會引起直接放射性的后果的設備。

現有核電站主要有兩大類：壓力反應堆(PWR)電站和沸水反應堆(BWR)電站。在建的核電站大部分為PWR核電站。

PWR電站有兩個回路，一次回路是把水或其他液體壓入反應堆，獲得由核裂變釋放的核能，被加熱的高溫高壓的水或其他液體(典型一次回路在壓力15.3-16.3MPa下，300-350℃水不氣化)，然后進入蒸汽發生器，把熱量交換給第二回路中的水，而后被主泵壓入反應堆重新被加熱；在第二回路中蒸汽發生器內的水被加熱成蒸汽，進入汽輪機，帶動發電機發電，做功后的蒸汽進入冷凝器冷卻成水，再由給水泵送入蒸汽發生器，被加熱變成蒸汽，以此循環。通常所說的核島是指發生蒸汽的部分，非核島是指蒸汽轉換為電能的部分，非核島和火電站基本相同。

核電用泵徑向力可以簡單地認為是葉輪四周流場對葉輪所產生的徑向作用力。對于環形壓水室，在零流量時，葉輪盡管有流體流入和排出，但是，全部流體在葉輪的作用下在環形空間內作強制渦旋運動。由于葉輪和環形泵體都是對稱的，這相當于實心圓環在環形空間內做轉動，忽略出口的影響，葉輪四周的壓力和流場都是對稱的，這是理論上環形泵的徑向力為零。一旦產生流量，這種平衡便被破壞，這時環形流道內的流量沿周向逐漸增加，在隔舌處部分流體重新進入壓水室，壓水室壓力也沿周向逐漸下降，隨著流量的進一步增加并超過額定流量后，壓水室起始流道將出現所謂的倒流，直接流到泵的出口，而其余液流仍然經壓水室排出。但是，流道內壓力變化趨勢卻有所不同，在流道的開始部分壓力逆倒流方向上升，然后再沿流道逐漸下降。

根據核電站系統要求，核電用泵有時要滿足三個運行工況點，以達到使用要求。這就需要在原有的設計基礎上進行優化設計實現泵運行條件下徑向力最小，保證機組穩定運行，延長使用壽命。

核電用泵大多采用環形壓出室，理想環形壓出室是對稱結構無徑向力的，但是實際壓出室有一個出口，使得實際流體在壓出室中徑向壓力不對稱產生徑向力。徑向力的方向為豎直向下，產生的徑向力會引起振動噪聲，影響泵機組運行的壽命。

發明內容

為了消環形壓出室的徑向力，提高運行壽命，本發明提供了一種基于徑向力核電用泵環形泵殼水力設計方法，利用葉輪中心線與環形壓出室中心線偏心產生的壓差平衡消除由環形壓出室本身結構引起的絕大部分徑向力，誤差不超過±10％。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種基于徑向力核電用泵環形泵殼水力設計方法，其特征在于，

葉輪中心線向下偏離環形壓出室中心線設置，設偏心為Δ，利用偏心所形成的壓力來平衡與出口相對位置處的徑向壓力；

定義：環形泵殼出口兩側因葉輪偏心設置所導致的在開口兩側產生的徑向壓力區域分別為偏心內壁區域面積S₁、S₂，與環形泵殼出口相對的內壁的區域的面積為S₃，S₁、S₂兩處的壓力在水平方向的分力相互抵消，合力的方向豎直向上，用以平衡S₃處的壓力；設：分別用面積S₁﹑S₂﹑S₃近似表示三處區域的在豎直方向上的受力；

即0.9S₃≤S₂+S₁≤1.1S₃???(1)

S₃區域的豎直向下的壓力為：

S₃＝π·(R²-r²)×θ/180°-2×1/2×Δ·r·sin(180°-θ-α)???(2)