一种核主泵的反螺旋线导叶及其设计方法技术

本发明专利技术涉及核主泵，公开了一种核主泵的反螺旋线导叶及其设计方法。本发明专利技术考虑到核主泵为了结构的安全性采用环形蜗壳，环形蜗壳相比螺旋形蜗壳，蜗壳内部流体二次流动和回流等损失严重，核主泵的水力性能下降。本发明专利技术提供了一种核主泵的反螺旋线导叶的水力设计方法，使核主泵环形蜗壳的内部流道空间为反螺旋线空间，该导叶主要由前盖板、叶片和后盖板三部分组成，对导叶进行轴向不对称反螺旋线型的设计，并给出导叶进口基圆直径D3，出口直径D4，导叶叶片进口宽度b3，导叶叶片包角Φ，叶片数Z，导叶进口安放角α3，导叶出口安放角α4，导叶叶片螺旋线型以及扩散段和喉部的详细水力设计公式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核主泵，具体是一种核主泵的反螺旋线导叶及其设计方法。
技术介绍
核主泵是核电站一回路系统中唯一旋转设备，也是最关键的核动力设备之一。核主泵的作用是在反应堆系统充水时赶气，在开启反应堆前循环升温，在正常运行时保证一回路冷却剂循环以使堆芯冷却，在事故工况下防止核事故扩大。核主泵安全稳定长期可靠的运行，对冷却堆芯、冷却剂的输送、热量的排出及防止发生核电站事故极为重要。国内外学者对核主泵的研究主要停留在核主泵的叶轮及其安全性方面，而对核主泵的导叶极少研究，AP1000核主泵的蜗壳通常采用环形蜗壳(结构的安全性高)，而其导叶外圆也为规则圆形，根据相关理论和设计经验可知，环形导叶与螺旋形蜗壳搭配时，泵的效率明显高于环形蜗壳与环形导叶的配合。在保证核主泵安全性的前提下，提高核主泵的效率，对核电有着重要意义。本发明提供一种核主泵的反螺旋线导叶，使核主泵环形蜗壳的内部流道空间为反螺旋线空间，核主泵蜗壳内部的二次流动损失，回流损失等明显减少，在不影响核主泵结构安全性的情况下，其效率也明显提高。
技术实现思路
本专利技术的目的改善蜗壳内部流态，减少蜗壳内的二次回流和回流损失，提高核主泵的效率，设计出一种核主泵的反螺旋线导叶，使核主泵环形蜗壳的内部流道空间为反螺旋线空间，核主泵的汽蚀性能也明显提高。为实现上述目的，本专利技术根据CFX14.5模拟结果，核主泵的内部流线为不对称分布，对导叶进行轴向不对称反螺旋线型的设计，该导叶主要由前盖板、叶片和后盖板三部分组成，对核主泵的导叶进口基圆直径D3，出口直径D4，导叶叶片进口宽度b3，导叶叶片包角Φ，叶片数Z，导叶进口安放角α3，导叶出口安放角α4，导叶叶片螺旋线型以及扩散段和喉部进行水力设计，主要由以下关系式确定：1)核主泵的导叶进口基圆直径： D 3 = D 2 + 1.12 ( n s 100 ) 1.6455 m m ; ]]>式中：ns—核主泵的比转速；D2—核主泵叶轮出口直径，mm；D3—核主泵导叶进口基圆直径，mm；2)导叶进口宽度(轴向宽度):b3＝b2+(3～8)mm；式中：b2—核主泵叶轮出口宽度，mm；b3—核主泵导叶进口轴向宽度，mm；3)导叶进口安放角α3： v m 12 = 10 6 · Q πD 2 b 2 ψ 2 ; ]]> v m 13 = v m 12 k 11 ]]> v u 13 = πnD 2 k 12 ]]> tanα 3 ′ = v m 13 v u 13 ]]>α3＝α3′+(3°～6°)式中：vm12—核主泵叶轮出口轴面速度，m/s；vm13—核主泵导叶进口轴面速度，m/s；vu13—核主泵导叶进口圆周速度，m/s；Q—泵设计流量，m3/s；ψ2—核主泵叶轮出口叶片排挤系数，0.78～0.92；k11—速度系数(由于导叶和叶轮的排挤系数不同而产生的速度系数)；k12—速度系数；n—泵转速，r/min；α3′—核主泵导叶进口液流角，度；α3—核主泵导叶进口安放角，度；4)导叶出口安放角α4： α 4 = ( D 3 D 4 ) 0.5 · α 3 ]]>式中：D4—核主泵导叶出口直径，mm；D3—核主泵导叶进口基圆直径，mm；α4—核主泵导叶出口安放角，度；5)螺旋线部分的线型方程： R = R 3 · e Φ · tan [ ( R 3 R ) 0.5 · α 3 ] ]]>本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核主泵的反螺旋线导叶的设计方法,其特征在于，根据泵体内部的流线分布，对核主泵的导叶进口基圆直径D3，出口直径D4，导叶叶片进口宽度b3，导叶叶片包角Φ，叶片数Z，导叶进口安放角α3，导叶出口安放角α4以及扩散段和喉部进行水力设计，主要由以下关系式确定：(1)核主泵的导叶进口基圆直径：D3=D2+1.12(ns100)1.6455mm;]]>式中：ns—核主泵的比转速；D2—核主泵叶轮出口直径，mm；D3—核主泵导叶进口基圆直径，mm；(2)导叶进口宽度(轴向宽度):b3＝b2+(3～8)mm；式中：b2—核主泵叶轮出口宽度，mm；b3—核主泵导叶进口轴向宽度，mm；(3)导叶进口安放角α3：vm12=106·QπD2b2ψ2;]]>vm13=vm12k11]]>vu13=πnD2k12]]>tanα3′=vm13vu13]]>α3＝α′3+(3°～6°)式中：vm12—核主泵叶轮出口轴面速度，m/s；vm13—核主泵导叶进口轴面速度，m/s；vu13—核主泵导叶进口圆周速度，m/s；Q—泵设计流量，m3/s；ψ2—核主泵叶轮出口叶片排挤系数，0.78～0.92；k11—速度系数(由于导叶和叶轮的排挤系数不同而产生的速度系数)；k12—速度系数；n—泵转速，r/min；α3′—核主泵导叶进口液流角，度；α3—核主泵导叶进口安放角，度；(4)导叶出口安放角α4：α4=(D3D4)0.5·α3]]>式中：D4—核主泵导叶出口直径，mm；D3—核主泵导叶进口基圆直径，mm；α4—核主泵导叶出口安放角，度；(5)螺旋线部分的线型方程：R=R3·eΦ·tan[(R3R)0.5·α3]]]>式中：R—核主泵导叶叶片Φ角所对应的螺旋线半径，mm；R3—核主泵导叶进口基圆半径，mm；Φ—给定的不同的角度，弧度；(6)喉部面积与叶片数的确定：Z＝(9～12)Rc=R3·e2πZsin2α3]]>a3=Rc-R3cosα3-δ3]]>F=Qk13·vm13=Z·a3·b3]]>式中：Z—核主泵导叶叶片数，枚；Rc—核主泵导叶流道螺旋线部分c点的半径，mm；δ3—导叶叶片入口厚度，mm；a3—喉部平面宽度，mm；F—导叶喉部面积，mm2；k13—速度系数，取0.65～0.92；(7)扩散段的设计：F4/F3＝1.35～1.65D4/D3＝1.56～1.95L/a3＝3.0～4.5式中：F3—导叶进口扩散段喉部面积，mm；F4—导叶出口扩散段面积，mm；D4—核主泵导叶出口直径，mm；D3—核主泵导叶进口基圆直径，mm；L—核主泵导叶扩散段长度，mm；a3—喉部平面宽度，mm；(8)扩散角取值范围：ψ＝5°～12°式中：ψ—导叶进口扩散角，度；(9)导叶叶片包角参考值：式中：—导叶叶片的包角，度；D4—核主泵导叶出口直径，mm；D3—核主泵导叶进口基圆直径，mm；ns—核主泵的比转速。...

【技术特征摘要】
1.一种核主泵的反螺旋线导叶的设计方法,其特征在于，根据泵体内部的流线分布，对核主泵
的导叶进口基圆直径D3，出口直径D4，导叶叶片进口宽度b3，导叶叶片包角Φ，叶片数Z，
导叶进口安放角α3，导叶出口安放角α4以及扩散段和喉部进行水力设计，主要由以下关系式
确定：
(1)核主泵的导叶进口基圆直径：
D 3 = D 2 + 1.12 ( n s 100 ) 1.6455 m m ; ]]>式中：ns—核主泵的比转速；D2—核主泵叶轮出口直径，mm；D3—核主泵导叶进口
基圆直径，mm；
(2)导叶进口宽度(轴向宽度):
b3＝b2+(3～8)mm；
式中：b2—核主泵叶轮出口宽度，mm；b3—核主泵导叶进口轴向宽度，mm；
(3)导叶进口安放角α3：
v m 12 = 10 6 · Q πD 2 b 2 ψ 2 ; ]]> v m 13 = v m 12 k 11 ]]> v u 13 = πnD 2 k 12 ]]> tanα 3 ′ = v m 13 v u 13 ]]>α3＝α′3+(3°～6°)
式中：
vm12—核主泵叶轮出口轴面速度，m/s；
vm13—核主泵导叶进口轴面速度，m/s；
vu13—核主泵导叶进口圆周速度，m/s；
Q—泵设计流量，m3/s；
ψ2—核主泵叶轮出口叶片排挤系数，0.78～0.92；
k11—速度系数(由于导叶和叶轮的排挤系数不同而产生的速度系数)；
k12—速度系数；
n—泵转速，r/min；
α3′—核主泵导叶进口液流角，度；
α3—核主泵导叶进口安放角，度；
(4)导叶出口安放角α4：
α 4 = ( D 3 D 4 ) 0.5 · α 3 ]]>式中：D4—核主泵导叶出口直径，mm；D3—核主泵导叶进口基圆直径，mm；
α4—核主泵导叶出口安放角，度；
(5)螺旋线部分的线型方程：
R = R 3 &CenterDo...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢永刚，王洋，朱荣生，王秀礼，张亮亮，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32