用于大型压水堆电站核主泵的水力模型及水力通道制造技术

本发明专利技术提供一种用于大型压水堆电站核主泵的水力模型及水力通道。用于大型压水堆电站核主泵的水力模型包括叶轮和导叶，所述叶轮为闭式混流叶轮，由五个动叶片均布在前后盖板间形成，叶轮整体数控加工；所述导叶由十三个静叶片均布在前后盖板间形成，导叶叶片为空间式与径向式相结合的弯扭型，导叶整体数控加工。水力通道置于由环形压水室和热屏构成的腔室内，所述水力通道包括上述水力模型、与叶轮、导叶相配的内外壁均为圆筒形的吸入导管。本发明专利技术的叶轮导叶及水力通道能满足大型压水堆电站核主泵水力部件的高性能设计。

【技术实现步骤摘要】
用于大型压水堆电站核主泵的水力模型及水力通道
本专利技术涉及叶片泵技术，尤其涉及一种用于大型压水堆电站核主泵的水力模型及水力通道。
技术介绍
核主泵是核电站反应唯一回路主要承压边界，也是唯一的旋转设备，有核电站“心脏”之称。其中，核主泵过流部件是与高温高压冷却剂相互作用最显著的部件，是维持冷却剂不间断循环的动力来源；其性能不仅对核主泵整体性能有决定性的影响，而且对核主泵其他部件的设计也起着至关重要的作用；核主泵长周期的安全运行、高稳定性以及长寿命都与过流部件的性能息息相关。我国目前正在大力发展三代大型压水堆核电站，其核主泵分为轴封式和无轴封式两种，两种主泵的水力部件构成基本相同，主要有叶轮、导叶和环形压水室组成。其中叶轮和导叶的设计决定着水力部件的性能，直接影响水力性能，转子轴向力和冷却剂压力脉动。无轴封式主泵中的大功率屏蔽电机核主泵，是三代先进压水堆核电站中目前我国唯一不能国产化的主要设备。其水力部件效率直接影响电机整体设计，叶轮上的轴向力影响水润滑推力轴承的设计，需要在无平衡措施下减小水力轴向力以满足电机内水润滑推力轴承的承载能力，尽可能降低水力部件引起的压力脉动，以满足期望的长周期安全使役；同时水力部件设计要满足不同加工要求。因此，亟待一种用于大型压水堆电站核主泵的高性能叶轮和导叶。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述三代大型压水堆核电站主泵水力部件设计问题，提出一种用于大型压水堆电站核主泵的水力模型(叶轮和导叶)，该水力模型的叶轮和导叶及形成的水力通道能满足大型压水堆核电站主泵水力部件的高性能要求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于大型压水堆电站核主泵的水力模型，包括叶轮和导叶，所述叶轮为闭式混流叶轮，由五个动叶片均布在前后盖板间形成，叶轮整体数控加工；所述导叶由十三个静叶片均布在前后盖板间形成，导叶叶片为空间式与径向式相结合的弯扭型，导叶整体数控加工。进一步地，所述叶轮的五个动叶片与导叶的十三个静叶片相匹配。进一步地，所述叶轮叶片在宽度方向上变包角、变出口安放角、正出口倾角积叠，出水边三维空间上呈直线。叶片三维形状能够满足铸造和整体数控加工要求。进一步地，所述叶轮轴面流道上前后盖板处出水边直径比和叶片宽度具有更高比速混流泵特征，前后盖板处出水边直径比按照提高比转速取值，叶片出口宽度按照提高比转速取值；前后盖板型线曲率分布一致。进一步地，所述导叶叶片出水边三维空间上呈直线，叶片在宽度方向上变包角、变出口安放角、负出口倾角积叠。叶片平面投影呈X型，叶片出水边三维空间上呈直线，静叶片的三维形状能够满足铸造和整体数控加工要求。进一步地，所述导叶轴面流道上出水边与轴线平行，出口宽度大于进口宽度，前后盖板型线曲率分布一致；导叶为空间式与径向式相结合的弯扭型，导叶出口呈半喇叭型。进一步地，前盖板叶型出口安放角β3＜中间流线叶型出口安放角β2＜后盖板叶型出口安放角β1；前盖板叶型包角θ3＜中间流线叶型包角θ2＜后盖板叶型包角θ1；各叶型线采用正出口倾角积叠形成叶片。进一步地，前盖板叶型出口安放角β6＜中间流线叶型出口安放角β5＜后盖板叶型出口安放角β4；前盖板叶型包角θ6＜中间流线叶型包角θ5＜后盖板叶型包角θ4；导叶各叶型采用负出口倾角积叠形成叶片，形成的导叶叶片平面投影呈X型。本专利技术的另一个目的，还公开了一种水力通道，所述水力通道置于由环形压水室和热屏构成的腔室内，所述水力通道包括上述水力模型、与叶轮、导叶相配的内外壁均为圆筒形的吸入导管；叶轮置于腔室中间，安装在转轴上；导叶置于叶轮外部，与热屏相连接；吸入导管置于叶轮外部，与压水室相连；吸入导管与导叶作为水力通道和腔室的边界；吸入导管内外壁均为圆筒形；进口内径与压水室相匹配，出口内径与叶轮进口相匹配；吸入导管与叶轮进口段留有环形动静间隙，吸入导管与导叶留有环形间隙。进一步地，所述叶轮导叶出口直径比与叶轮导叶流道中线长度比相等。进一步地，各叶型线采用正出口倾角积叠形成叶片。进一步地，导叶各叶型采用负出口倾角积叠形成叶片，形成的导叶叶片平面投影呈X型。本专利技术的水力模型及形成的水力通道结构科学、合理，与现有技术相比较具有以下优点：1)采用五个动叶片的闭式混流叶轮，闭式叶轮利于提高叶轮整体强度，五叶片便于匹配导叶的同时也有利于数控加工；与十三个静叶片的导叶匹配，动静叶片匹配避免发生低节径共振，有利于降低水力脉动。2)按照直径比和长度比联合设计叶轮和导叶，形成的水力通道效率高，轴面图上动静叶片直径比与长度比大致相等有利于一体化的轴面流道设计。3)叶轮和导叶叶型在宽度上变出口安放角、变包角、不同出口倾角方式积叠，出水边三维空间上均呈直线，在保证了高效的同时，改善了叶片的弯扭程度，利于整体数控加工。4)叶轮轴面流道上出水边采用增大比转速进行设计，在保证高效率的同时，减小了叶轮轴向水力载荷。导叶出口呈半喇叭型，使得水力通道流入压水室后流动损失，整体效率高。附图说明图1本专利技术用于大型压水堆电站核主泵的水力模型及形成的水力通道轴面示意图；图2为叶轮三维示意图；图3为导叶出口示意图；图4为叶轮叶片叶型中线平面投影示意图；图5为叶轮出口示意图；图6为导叶三维示意图；图7为导叶叶片叶型中线平面投影示意图；图8为水力通道置于压水室和热屏内示意图。图中:1叶轮，2导叶，3叶轮前后盖板型线，4导叶前后盖板型线，5叶轮流道中线，6导叶流道中线，7叶轮后盖板叶型中线，8叶轮中间流线叶型中线，9叶轮前盖板叶型中线，10叶轮叶片出水边，11导叶后盖板叶型中线，12导叶中间流线叶型中线，13导叶前盖板叶型中线，14导叶叶片出水边，15-吸入导管，16-热屏，17-环形水压室。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进一步说明：本实施例公开了一种大型压水堆电站核主泵的水力模型及形成的水力通道，用于在环形压水室和热屏给定下的CAP1400大功率屏蔽电机主泵，如图8所示，水力模型(叶轮1、导叶2)与吸入导管15形成的水力通道置于环形压水室17和热屏16内。具体地，如图1所示，水力模型包括:叶轮1和导叶2；所述叶轮1由五个动叶片构成的闭式混流叶轮，叶轮叶片为可整体数控加工的三维空间扭曲型；所述导叶2由十三个静叶片构成，导叶2的叶片为空间式与径向式相结合的弯扭型(扭曲X型)，可整体数控加工。水力通道由叶轮、导叶和与二者相配的内外壁均为圆筒形的吸入导管15构成。叶轮置于腔室中间，安装在转轴上；导叶置于叶轮外部，与热屏相连接；吸入导管置于叶轮外部，与压水室相连；吸入导管与导叶作为水力通道和腔室的边界。叶轮轴面流道上前后盖板处出水边直径比和宽度采用加大比转速进行设计，动叶片叶型在宽度方向上变包角、变出口安放角、正出口倾角积叠形成，出水边三维空间上呈直线。导叶导叶叶型在宽度方向上变包角、变出口安放角、负出口倾角积叠形成，叶片出水边三维空间上呈直线；轴面流道上出水边与轴线平行，出口宽度大于进口宽度，前后盖板型线曲率分布一致，导叶出口呈半喇叭型。下而结合附图和验证试验对本专利技术进行详细说明。其中：D2h后盖板出口直径，D2s前盖板出口直径，β1叶轮后盖板叶型出口安放角，β2叶轮中间流线叶型出口安放角，β3叶轮前盖板叶型出口安放角，θ1叶轮后盖板叶型包角，θ2叶轮中间流线叶型包角，θ3叶轮前盖板叶型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大型压水堆电站核主泵的水力模型，其特征在于：包括叶轮和导叶，所述叶轮为闭式混流叶轮，由五个动叶片均布在前后盖板间形成，叶轮整体数控加工；所述导叶由十三个静叶片均布在前后盖板间形成，导叶叶片为空间式与径向式相结合的弯扭型，导叶整体数控加工。

【技术特征摘要】
1.一种用于大型压水堆电站核主泵的水力模型，其特征在于：包括叶轮和导叶，所述叶轮为闭式混流叶轮，由五个动叶片均布在前后盖板间形成，叶轮整体数控加工；所述导叶由十三个静叶片均布在前后盖板间形成，导叶叶片为空间式与径向式相结合的弯扭型，导叶整体数控加工。2.根据权利要求1所述用于大型压水堆电站核主泵的水力模型，其特征在于：所述叶轮的五个动叶片与导叶的十三个静叶片相匹配。3.根据权利要求1所述用于大型压水堆电站核主泵的水力模型，其特征在于：所述叶轮叶片在宽度方向上变包角、变出口安放角、正出口倾角积叠，出水边三维空间上呈直线。4.根据权利要求1所述用于大型压水堆电站核主泵的水力模型，其特征在于：所述叶轮轴面流道上前后盖板处出水边直径比和叶片宽度具有更高比速混流泵特征，前后盖板处出水边直径比按照提高比转速取值，叶片出口宽度按照提高比转速取值；前后盖板型线曲率分布一致。5.根据权利要求1所述用于大型压水堆电站核主泵的水力模型，其特征在于：所述导叶叶片出水边三维空间上呈直线，叶片在宽度方向上变包角、变出口安放角、负出口倾角积叠。6.根据权利要求1所述用于大型压水堆电站核主泵的水力模型，其特征在于：所述导叶轴面流道上出水边与轴线平行，出口宽度大于进口宽度，前后盖板型线曲率分布一致；导叶出口呈...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓放，周方明，王巍，周路圣，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21