核主泵水力部件動(dòng)靜間隙流與密封特性研究.pdf

1、我國(guó)正逐漸應(yīng)用第三代核電技術(shù)主泵，消化吸收核主泵關(guān)鍵性技術(shù)并自主化研發(fā)成為我國(guó)目前發(fā)展核電的關(guān)鍵問題。本文研究核主泵水力部件相關(guān)不可壓縮流體密封特性，設(shè)計(jì)較高經(jīng)濟(jì)性和安全性的新型密封。
　　在核電站壓水堆中，核主泵是唯一的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，被稱為核電站“心臟”設(shè)備，其可靠、高效運(yùn)行是核電站安全運(yùn)行的核心保障。核主泵葉輪的輪蓋和輪盤與靜止部件間存在動(dòng)靜間隙。輪蓋外表面間隙泄漏失控會(huì)造成大量泄漏流返回到葉輪進(jìn)口，并且干擾主流場(chǎng)，導(dǎo)致核主泵效率

2、下降以及揚(yáng)程降低，這可能帶來反應(yīng)堆制冷劑供給不足，產(chǎn)生溫度過高的危險(xiǎn)，所以采用合理的密封結(jié)構(gòu)控制間隙泄漏成為保證核主泵高效運(yùn)行的重要問題。同時(shí)，密封流體為葉輪提供附加剛度、阻尼和慣性系數(shù)，具有良好動(dòng)力特性的密封結(jié)構(gòu)是葉輪安全穩(wěn)定運(yùn)行的保證。因此，研究開發(fā)兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的水力密封成為核主泵水力部件研究的關(guān)鍵課題。
　　首先，本文研究數(shù)值計(jì)算方法及湍流模型對(duì)不可壓縮流體密封計(jì)算的影響，分別從流場(chǎng)模擬和動(dòng)力特性系數(shù)兩方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)

3、合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析各數(shù)值計(jì)算方法及湍流模型在模擬泵內(nèi)密封及間隙流動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)本文研究方法的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　其次，本文討論了混流泵葉輪軸向力的計(jì)算。口環(huán)密封的設(shè)置改變了葉輪輪蓋和固定部件的間隙的壓力分布，從而改變?nèi)~輪所受軸向力。本文對(duì)理論公式和CFD兩種軸向力求解方法進(jìn)行討論，同時(shí)分析口環(huán)密封對(duì)軸向力的影響，得出了軸向力隨間隙增大而增大的結(jié)論。
　　再次，不可壓縮流體密封特性是本文的主要研究?jī)?nèi)容，分為泄漏特性和動(dòng)力特性

4、兩條研究路線。本文把動(dòng)力特性系數(shù)與流體參數(shù)（壓力和速度）聯(lián)系起來，用流場(chǎng)參數(shù)極坐標(biāo)變換法預(yù)測(cè)泵輪蓋外表面狹長(zhǎng)間隙流體或者光滑環(huán)形密封間隙流體在高轉(zhuǎn)速工況下容易產(chǎn)生負(fù)直接剛度和較大的交叉剛度，可能造成葉輪渦動(dòng)失穩(wěn)，而槽道式密封的剛度特性優(yōu)于光滑環(huán)形密封，直接剛度通常為正值且交叉剛度較小，比等截面光滑密封更加穩(wěn)定。但槽道式密封的問題在于直接剛度較小，不能為葉輪提供足夠的彈性支承，而螺旋密封的剛度特性優(yōu)于槽道式密封，直接剛度較大，而且交叉剛度

5、為負(fù)值，有抑制旋轉(zhuǎn)部件渦動(dòng)的效果。本文為了進(jìn)一步提高密封的直接剛度，設(shè)計(jì)了楔槽弧線密封，這種密封結(jié)構(gòu)為核主泵葉輪提供穩(wěn)定支承。
　　在泄漏特性方面，本文用摩擦系數(shù)做為泄漏特性的研究參數(shù)，研究核主泵工況下槽道式密封的槽道摩擦系數(shù)隨矩形形狀的變化規(guī)律，得到較高摩擦系數(shù)矩形槽道密封。而螺旋密封的泵送效應(yīng)進(jìn)一步提高了摩擦系數(shù)，在不同螺旋角度的螺旋密封中，20度和30度螺旋密封摩擦系數(shù)超過矩形槽道密封的摩擦系數(shù)，證明了螺旋密封具有更高的經(jīng)濟(jì)