一种核电站用正常余热排出泵的叶轮水力优化方法技术

本发明专利技术公开了一种核电站用正常余热排出泵的水力部件（叶轮、导叶）优化方法，首先进行叶轮、导叶水力初步设计，包括如下优化步骤：确定目标函数→设定自变量和初始值→制定正交试验方案→执行试验→目标函数值计算→寻找最优组合→检查是否符合设计要求。本发明专利技术的叶轮水力优化方法，首先运用经验设计进行初步设计，在该设计的基础上进行进一步寻优，找出影响目标函数值的关键因素，建立正交表格，设计3组叶轮与9组导叶组合的水力方案，然后利用Fluent软件计算9组方案的目标函数值，对结果进行分析，选出各因素的最优组合，此方法优化速度快、优化阶段无需加工制造、周期短、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核电
，特别涉及一种核电站用正常余热排出栗的叶轮水力优 化方法。
技术介绍
CAP1400正常余热核电站用正常余热排出栗（以下简称CAP1400余排栗)是CAP1400 核电厂正常余热排出系统(RNS)的重要设备，位于辅助厂房内，其主要功能有：（1)在电厂正 常停堆期间排出反应堆冷却剂系统的热量;（2)启堆时，维持反应堆冷却剂系统真空充水冷 却；（3)停堆时，如果需要，维持乏燃料池冷却；（4)失水事故后，从装料池或安全壳内置换料 水箱吸水，提供非安全低压注射；（5)安全壳水淹后，从地坑吸水，进行安全壳再循环冷却； (6)系统意外超压后，维持压力边界完整性。 CAP1400余热核电站用正常余热排出栗性能要求见表1:表1 由表1可知，CAP1400核电站用正常余热排出栗性能要求较高，因此叶轮、导叶水力设计 是整台栗设计的难点及关键点。根据传统水栗设计方法一一基于枚举法的模型相似换算， 查找公司现有水力模型库，无比转速相等或相近的栗，需重新设计。因影响水栗性能的设计 参数较多，如逐一改变参数重新设计后，加工、制造、验证其性能，工作量大、成本高、周期 长。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决上述技术问题，提供一种核电站用正常余热排出栗的叶 轮、导叶水力优化方法。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种核电站用正常余热排出栗的叶 轮水力优化方法，其特征在于，包括如下优化步骤： 1) 、确定目标函数:首先通过经验设计法对正常余热排出栗水力部件的叶轮、导叶作初 步的水力设计，并利用Fluent软件对该水力进行数值模拟，并加工样机进行性能测试，数值 模拟及样机测试结果基本符合，后续优化设计过程中可用数值模拟结果替代性能实测值； 2) 、设定自变量和初始值:选取如下影响栗效率的关键因素:叶轮出口安放角、导叶叶 片数、导叶进口宽度以及导叶出口宽度，并选取叶轮出口安放角、导叶叶片数、导叶进口宽 度以及导叶出口宽度在大、中、小三个水平的相应数值； 其中：（A)、因素:试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因都称为因素，类似于数学 中的自变量;如叶轮出口安放角、导叶叶片数、导叶进口宽度以及导叶出口宽度为影响试验 指标扬程及效率的4个因素； (B)、水平:因素在试验中所处的各种状态或所取的不同值，称为该因素的水平;如因素 A叶轮出口安放角的三个水平为:Al=ll°，A2=14°，A3=18° ; 3) 、制定正交试验方案:根据影响栗水力性能的各关键因素在大、中、小三个水平的数 值进行排列组合，并得到9组不同的水力正交设计方案； 4) 、执行试验:分别对9组不同的水力正交设计方案中的叶轮、导叶以及栗体内部流道 进行三维造型和网格划分； 5) 、目标函数值计算:采用Fluent软件分别对9组方案进行数值模拟，得出最小流量、额 定流量、最大流量下的扬程和效率结果，并绘制流量-扬程(Q-H)及流量-效率(Q-n)性能曲 线图； 6) 、寻找最优组合:根据流量-扬程(Q-H)性能曲线图和流量-效率(Q-ri)性能曲线图提 取额定流量点效率值的Fluent数值模拟结果，再利用极差分析法对额定流量点效率进行数 据处理，并结合各因素在不同水平时对栗效率的影响趋势，选出最优组合方案;其中，极差 分析法所采用的极差公式为：式中:为j因素 i水平的平均 值;且各因素极差Rj反映该因素水平变动时栗效率的变动幅度，Rj越大，影响越大； 7) 、检查是否符合设计要求： A) 、如符合，完成正常余热排出栗水力部件的叶轮、导叶作初步的水力设计； B) 、如不符合，重复步骤2)。 本专利技术的有益效果:本专利技术运用经验设计法进行初步水力设计，并将该设计结果 作为后续正交试验的初始值输入，确定目标函数及关键因素，利用极差分析法寻找最优组 合，减小了工作量，缩短了优化周期，降低了优化成本，推广应用具有良好的经济和社会效 益。【附图说明】 图1为本专利技术的流量-扬程(Q-H)性能曲线图。 图2为本专利技术的流量-效率(Q-n)性能曲线图。 图3为本专利技术的各因素不同水平对栗效率影响趋势图。 图4为本专利技术的优化流程示意图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步说明，但不作为对本专利技术的限制： 如附图4所示，一种核电站用正常余热排出栗的叶轮水力优化方法，其特征在于，包括 如下优化步骤： 1)、确定目标函数:首先通过经验设计法对正常余热排出栗水力部件的叶轮、导叶作初 步的水力设计，并利用Fluent软件对该水力进行数值模拟，并得到数值模拟结果，栗扬程已 经满足要求，而效率未达规范书要求，且最高效率点往大流量偏移，因此选取栗效率为本优 化试验的目标函数； 2 )、设定自变量和初始值:选取如下影响栗效率的关键因素:叶轮出口安放角、导叶叶 片数、导叶进口宽度以及导叶出口宽度，并选取叶轮出口安放角、导叶叶片数、导叶进口宽 度以及导叶出口宽度在大、中、小三个水平的相应数值； 其中：（A)、因素:试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因都称为因素，类似于数学 中的自变量;如叶轮出口安放角、导叶叶片数、导叶进口宽度以及导叶出口宽度为影响试验 指标扬程及效率的4个因素； (B)、水平:因素在试验中所处的各种状态或所取的不同值，称为该因素的水平;如因素 A叶轮出口安放角的三个水平为:Al=ll°，A2=14°，A3=18° ; 3) 、制定正交试验方案:根据影响栗水力性能的各关键因素在大、中、小三个水平的数 值进行排列组合，并得到9组不同的水力正交设计方案； 4) 、执行试验:分别对9组不同的水力正交设计方案中的叶轮、导叶以及栗体内部流道 进行三维造型和网格划分； 5) 、目标函数值计算:采用Fluent软件分别对9组方案进行数值模拟，得出最小流量、额 定流量、最大流量下的扬程和效率结果，并绘制流量-扬程(Q-H)及流量-效率(Q-n)性能曲 线图； 6) 、寻找最优组合:根据流量-扬程(Q-H)性能曲线图和流量-效率(Q-ri)性能曲线图提 取额定流量点效率值的Fluent数值模拟结果，再利用极差分析法对额定流量点效率进行数 据处理，并结合各因素在不同水平时对栗效率的影响趋势，选出最优组合方案;其中，极差 分析法所采用的极差公式为：式中:?为j因素 i水平的平均值;且各因 素极差Rj反映该因素水平变动时栗效率的变动幅度，Rj越大，影响越大； 7) 、检查是否符合设计要求： A) 、如符合，完成正常余热排出栗水力部件当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核电站用正常余热排出泵的叶轮水力优化方法，其特征在于，包括如下优化步骤：1）、确定目标函数：首先通过经验设计法对正常余热排出泵水力部件的叶轮、导叶作初步的水力设计，并利用Fluent软件对该水力进行数值模拟，并加工样机进行性能测试，数值模拟及样机测试结果基本符合，后续优化设计过程中可用数值模拟结果替代性能实测值；2）、设定自变量和初始值：选取如下影响泵效率的关键因素：叶轮出口安放角、导叶叶片数、导叶进口宽度以及导叶出口宽度，并选取叶轮出口安放角、导叶叶片数、导叶进口宽度以及导叶出口宽度在大、中、小三个水平的相应数值；其中：（A）、因素：试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因都称为因素，类似于数学中的自变量；如叶轮出口安放角、导叶叶片数、导叶进口宽度以及导叶出口宽度为影响试验指标扬程及效率的4个因素；（B）、水平：因素在试验中所处的各种状态或所取的不同值，称为该因素的水平；如因素A叶轮出口安放角的三个水平为：A1=11°，A2=14°，A3=18°；3）、制定正交试验方案：根据影响泵水力性能的各关键因素在大、中、小三个水平的数值进行排列组合，并得到9组不同的水力正交设计方案；4）、执行试验：分别对9组不同的水力正交设计方案中的叶轮、导叶以及泵体内部流道进行三维造型和网格划分；5）、目标函数值计算：采用Fluent软件分别对9组方案进行数值模拟，得出最小流量、额定流量、最大流量下的扬程和效率结果，并绘制流量‑扬程（Q‑H）及流量‑效率（Q‑η）性能曲线图；6）、寻找最优组合：根据流量‑扬程（Q‑H）性能曲线图和流量‑效率（Q‑η）性能曲线图提取额定流量点效率值的Fluent数值模拟结果，再利用极差分析法对额定流量点效率进行数据处理，并结合各因素在不同水平时对泵效率的影响趋势，选出最优组合方案；其中，极差分析法所采用的极差公式为：；式中：为j因素i水平的平均值；且各因素极差Rj反映该因素水平变动时泵效率的变动幅度，Rj越大，影响越大；7）、检查是否符合设计要求：A）、如符合，完成正常余热排出泵水力部件的叶轮、导叶作初步的水力设计；B）、如不符合，重复步骤2）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽，项伟，乐秀辉，戴秋杰，
申请(专利权)人：江苏海狮泵业制造有限公司，上海核工程研究设计院，
类型：发明
国别省市：江苏;32