大功率屏蔽式核主泵高效低軸向力低脈動水力設(shè)計研究.pdf

1、目前我國在引進AP1000核主泵基礎(chǔ)上開展自主的CAP1400大功率屏蔽電機主泵研制，水力部件必須進行全新的設(shè)計和針對性的研究。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以滿足電機內(nèi)水潤滑推力軸承的承載能力，且不能采取平衡措施;在這兩項性能要求基礎(chǔ)上要盡可能降低水力部件內(nèi)非定常水力脈動，以滿足期望的長周期安全使役。同時水力部件的設(shè)計需在壓水室結(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行。
　　針對CAP1400核主泵的三個關(guān)鍵水力性能:效率、軸向力和水力脈動，首先建立縮尺水力模型，采用數(shù)值研究和試驗驗證相結(jié)合的方法，針對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)計準(zhǔn)則，實現(xiàn)了核

3、主泵水力部件的高效低軸向力設(shè)計;在高效和低軸向力基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計了一種非對稱軸面流道錯列葉片，并開展了錯列葉片下壓力脈動和非定常徑向力的研究，進一步實現(xiàn)了核主泵水力部件的低脈動設(shè)計;最終完成了模型泵的設(shè)計、制造和相關(guān)試驗驗證。
　　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，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;在安裝限制下半喇叭型導(dǎo)葉設(shè)計有利于提高效率。葉輪出水邊前后蓋板直徑比對軸向力影響大，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，通過前后蓋板直徑比修正的軸向力計算公式與CFD計算相符合。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)速的方式進行計算。葉輪進口直徑在兼顧效率和軸向力下存在一個合理的取值。積疊傾角對壓力脈動的影響均較弱。錯列葉片葉輪能夠明顯降低壓力脈動，等