一種核主泵用準(zhǔn)球形泵體的水力設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種核主累的主要過(guò)流部件的設(shè)計(jì)方法，特別設(shè)及一種核主累累體的 設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核電用累要求長(zhǎng)期無(wú)故障運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)可靠性和安全性要求極為嚴(yán)格。許多情況下還 要求在緊急情況下可W保證安全停車。由于放射性液體泄漏對(duì)環(huán)境和人身構(gòu)成潛在的威 脅，所W必須要保證運(yùn)些累沒有泄漏或泄漏在可控制的范圍之內(nèi)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上將其整體 的裝在一個(gè)容器里，運(yùn)樣也造成核電用累成本高。
[0003] 核電用累是核承壓設(shè)備，應(yīng)遵守相應(yīng)的核電規(guī)范。按規(guī)范核設(shè)備分=個(gè)等級(jí)。對(duì) 核一級(jí)設(shè)備定義是，它的損壞會(huì)導(dǎo)致一回路冷卻劑的漏失超過(guò)反應(yīng)堆正常補(bǔ)水能力，或會(huì) 阻礙反應(yīng)堆的順利停堆和冷卻。對(duì)核二級(jí)設(shè)備的定義是，核一級(jí)W外的輸送反應(yīng)堆冷卻劑 的承壓設(shè)備。核=級(jí)設(shè)備是指，其他重要安全設(shè)備，及其損壞不會(huì)引起直接放射性的后果的 設(shè)備。現(xiàn)有核電站主要有兩大類，壓水反應(yīng)堆電站和沸水反應(yīng)堆電站。
[0004] 在壓水堆核電站反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中，核主累是唯一的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，也是一回 路重要的壓力邊界設(shè)備。在核電站一回路中，核主累用于驅(qū)動(dòng)冷卻劑在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)系 統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，連續(xù)不斷地把堆忍中產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器，使反應(yīng)堆的溫度維持 在一定范圍內(nèi)，防止因堆忍溫度過(guò)高而引發(fā)的一系列核事故的發(fā)生，確保核電站能長(zhǎng)期、穩(wěn) 定、正常的工作。核主累的主要過(guò)流部件包括累體、葉輪和導(dǎo)葉，葉輪主要起能量傳遞作用， 將軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為冷卻劑的動(dòng)能和壓力能，推動(dòng)冷卻劑在一回路系統(tǒng)中循環(huán)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)葉 主要起收集從葉輪流出的冷卻劑，W及將冷卻劑部分的速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，減小能量損 失。累體的作用一方面是是安全保護(hù)作用，防止高溫高壓的冷卻劑從累內(nèi)流出，另一方面的 作用是收集從導(dǎo)葉出口流出的冷卻劑，并將部分速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。由此可見，累體對(duì)核 主累至關(guān)重要，設(shè)計(jì)出水力性能優(yōu)異的累體對(duì)核主累的效率的提高，發(fā)電成本的節(jié)省，W及 核電站的安全等方面有重要意義。
[0005] 目前累體主要是螺旋形結(jié)構(gòu)為主，累體的設(shè)計(jì)方法也大都是針對(duì)運(yùn)種螺旋形結(jié)構(gòu) 的累體而言的。而由于核主累在高溫高壓的環(huán)境下工作，從而要求核主累累體具有足夠的 安全保護(hù)作用，即對(duì)核主累累體的耐高壓和耐高溫性能有要求較高，而用普通方法設(shè)計(jì)的 螺旋形結(jié)構(gòu)的累體往往不能很好的滿足核主累耐高溫和耐高壓的需要，因此提出一種新的 具有足夠安全保護(hù)作用，且耐高溫和耐高壓累體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法非常有必要。核主累的功率 很大，為了減小能量損失，節(jié)約發(fā)電成本，應(yīng)該盡可能的提高核主累的效率，因此，設(shè)計(jì)出具 有更高水力效率的核主累累體，對(duì)提高核主累的整體效率、節(jié)約能源有重要意義。
[0006] 專利號(hào)為201310425662. 9號(hào)的中國(guó)發(fā)明專利中公開了一種"一種核主累累體 的設(shè)計(jì)方法"。其闡明了累體設(shè)計(jì)的基本思想，但運(yùn)種設(shè)計(jì)方法只給出了蝸室的過(guò)流截面 面積F、出口擴(kuò)散角、蝸室入流位置、蝸室截面形狀、累蓋進(jìn)口收縮角等參數(shù)的具體設(shè)計(jì)方 法，其他參數(shù)還是依賴工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，沒有給出系統(tǒng)的、精確的設(shè)計(jì)方法。專利號(hào)為 201310749288. 8號(hào)的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種"一種核主累累體的設(shè)計(jì)方法"，在該發(fā)明 專利中，發(fā)明人給出了核主累累體的出口直徑和出口面積的設(shè)計(jì)方法，此設(shè)計(jì)方法還給出 了出口擴(kuò)散角的設(shè)計(jì)范圍。但是此專利同樣并沒有給出其他具體參數(shù)的設(shè)計(jì)。專利號(hào)為 201410441733. 9號(hào)的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種"基于徑向力多工況核電用累環(huán)形累殼水力 設(shè)計(jì)方法"，發(fā)明人在該專利中利用葉輪中屯、線與環(huán)形壓出室中屯、線偏屯、產(chǎn)生的壓差平衡 消除由環(huán)形壓出室本身結(jié)構(gòu)引起的絕大部分徑向力，同時(shí)滿足多個(gè)工況點(diǎn)的運(yùn)行要求，對(duì) 累殼的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了水力設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)累運(yùn)行條件下徑向力最小，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng) 使用壽命，同樣此專利并沒有給出其他具體參數(shù)的設(shè)計(jì)。
[0007] 針對(duì)上述存在的缺陷，本發(fā)明人發(fā)明了 "一種核主累用準(zhǔn)球形累體的水力設(shè)計(jì)方 法"，不僅給出了核主累用準(zhǔn)球形累體的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的精確設(shè)計(jì)方法，還增強(qiáng)了核主累的 承壓安全性能，也提高了運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了使用壽命和維修周期，同時(shí)使核主 累工作更加穩(wěn)定，能夠降低核電站核事故發(fā)生的可能性。
[0008] 發(fā)明目的
[0009] 核主累有其獨(dú)特的工況條件，流量大，介質(zhì)為高溫高壓的。但是高溫高壓與常溫常 壓工況相比，只是改變了工質(zhì)的物性參數(shù)，對(duì)累的揚(yáng)程不會(huì)產(chǎn)生變化，累的效率略有提高。 利用傳統(tǒng)的速度系數(shù)圖表設(shè)計(jì)特殊核主累過(guò)流部件是可行的，但是考慮核主累的安全性能 要求，需要更進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。故為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了不同于傳統(tǒng)的速度系數(shù)法 的一種核主累累體的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)控制累體截面的過(guò)流面積、累進(jìn)出口面積等參數(shù)來(lái)達(dá) 到提高核主累運(yùn)行的可靠性和增強(qiáng)累體的安全保護(hù)作用，同時(shí)使核主累工作更加穩(wěn)定，能 夠降低核電站核事故發(fā)生的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種核主累用準(zhǔn)球形累體的水力設(shè)計(jì)方法。通 過(guò)改善累體的幾個(gè)重要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，適應(yīng)高溫高壓大流量的流動(dòng)情況，提高核主累用 準(zhǔn)球形累體的安全性能和穩(wěn)定性能。
[0011] 實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：
[0012] (1)核主累用準(zhǔn)球形累體的基圓直徑Ds
[0015]式中：
[0016] 〇4-核主累用準(zhǔn)球形累體的估算基圓直徑，米；
[0017]n,-核主累的比轉(zhuǎn)速；
[0018] 核主累導(dǎo)葉的出口直徑，米；
[001引Ds-核主累用準(zhǔn)球形累體的基圓直徑，米；
[0020] Q-核主累的設(shè)計(jì)流量，米^秒；
[0021] H-核主累的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，米；
[0022] Z-核主累導(dǎo)葉的葉片數(shù)，米；
[0023] (2)核主累用準(zhǔn)球形累體的進(jìn)口寬度bs
(3)
[00巧]式中：
[0026] bs-核主累用準(zhǔn)球形累體的進(jìn)口寬度，米；
[0027] b4-核主累導(dǎo)葉的出口寬度，米；
[002引 H-核主累的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，米；
[0029] Ds-核主累用準(zhǔn)球形累體的基圓直徑，米；
[0030] a -核主累導(dǎo)葉的出口安放角，度；
[0031] (3)核主累用準(zhǔn)球形累體的過(guò)流截面面積F
(4) (6)
[0035]式中：
[0036]Fs-核主累用準(zhǔn)球形累體的過(guò)流截面的估算面積，米2;
[0037] H-核主累的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，米；
[00測(cè) Q-核主累的設(shè)計(jì)流量，米^秒；
[0039]V-核主累用準(zhǔn)球形累體的過(guò)流截面的平均速度，米/秒；
[0040]F-核主累用準(zhǔn)球形累體的過(guò)流截面的面積，米2;
[0041]n,-核主累的比轉(zhuǎn)速；
[0042] Z-核主累導(dǎo)葉的葉片數(shù)，米；
[0043](4)核主累用準(zhǔn)球形累體的最大外徑化
[0046]式中：
[0047]Ds-核主累用準(zhǔn)球形累體估算最大外徑，米；
[0048] F-核主累用準(zhǔn)球形累體的過(guò)流截面的面積，米2;
[0049]明-核主累用準(zhǔn)球形累體的最大外徑，米；
[0050]Hs-核主累的比轉(zhuǎn)速；
[0051] H-核主累的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，米；
[0052]Z-核主累導(dǎo)葉的葉片數(shù)，米；
[0053] 累殼的典型截面設(shè)計(jì)矩形或者是類似圓形，都會(huì)大大優(yōu)化流場(chǎng)，并且兩者區(qū)別不 大。
[0054] (5)核主累用準(zhǔn)球形累體的斷面寬度Lz
(9)
[0056]式中：
[0057]Lz-核主累用準(zhǔn)球形累體的斷面寬度，米；
[00則 Q-核主累的設(shè)計(jì)流量，米^秒；
[0059]Dg-核主累用準(zhǔn)球形累體的最大外徑，米
[0060] (6)核主累用準(zhǔn)球形累體的進(jìn)流位置Ls
(10)
[0062]式中：
[0063]Ls-核主累用準(zhǔn)球形累體的進(jìn)流位置，米；
[0064]Lz-核主累用準(zhǔn)球形累體的斷面寬度，米；
[0065]Hs-核主累的比轉(zhuǎn)速；
[0066] 如果葉輪型式是離屯、式或者是偏向于離屯、式的混流式，那么采用累體入口位于截 面的中屯、，液體徑向流入的布置會(huì)大大優(yōu)化累體的流場(chǎng)如果葉輪型式是軸流式或者是偏向 于軸流的混流式，那么采用累體入口位于截面的一側(cè)，流體與軸成一定角度的方式流入累 體的布置會(huì)大大的優(yōu)化累體的流場(chǎng)。
[0067] (7)核主