導葉變化對核主泵性能的影響.pdf

1、伴隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源問題成為全世界關注的焦點，核能的開發(fā)與利用，已經(jīng)成為適應經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢。驅(qū)使冷卻劑在RCP系統(tǒng)中循環(huán)流動的泵（簡稱核主泵），它是確保核反應堆安全可靠運行的最為關鍵的部件之一，屬于核電站的一級設備。核主泵不僅要在大流量、高功率下運行，而且還必須能承受高溫高壓強輻射的三維工作環(huán)境。在保證核主泵能夠安全、穩(wěn)定工作的條件下，以優(yōu)化核主泵過流部件的性能為目的，本研究以AP1000核主泵縮比模型泵為研究對象（縮比系數(shù)為

2、0.5），對導葉這一重要的過流部件進行了優(yōu)化研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在核主泵導葉葉片均勻變化的前提下，通過改變導葉葉片數(shù)、導葉葉片厚度以及導葉圓周旋轉(zhuǎn)角，結(jié)合原始模型數(shù)據(jù)、及經(jīng)驗的前提之下，改變泵模型參數(shù)，從而來研究導葉均勻變化對核主泵性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在設計工況下，在只改變導葉葉片數(shù)、導葉葉片厚度、導葉圓周旋轉(zhuǎn)角中某一個變量，其他設計參數(shù)均不變時，導葉葉片數(shù)為18、導葉葉片厚度為原厚度、導葉圓周旋轉(zhuǎn)角為8°時，

3、泵的揚程和效率最高，導葉整體流道以及壓水室內(nèi)的流場分布也更加均勻；而導葉葉片數(shù)為16、導葉葉片厚度均勻增厚1.5倍、導葉圓周旋轉(zhuǎn)角為16°時，導葉的消除液流速度環(huán)量的能力較強、導葉內(nèi)的水力損失也較小。這說明導葉出口液流的速度環(huán)量并不是越小越好，存在使得泵性能最佳的最優(yōu)導葉出口液流速度環(huán)量。最優(yōu)的導葉出口液流速度環(huán)量能夠使液體在流動時更好地貼近壁面，防止形成脫流，從而使流場分布更加均勻，有效提高泵的整體性能。⑵研究了導葉葉片厚度對核主泵性

4、能的影響。與前面研究所不同的是：在綜合考慮了導葉葉片結(jié)構強度以及導葉葉片間的排擠的前提下，對導葉葉片進行了非均勻加厚。通過數(shù)值模擬方法預測了只改變導葉葉片厚度的五種核主泵模型的水力性能。結(jié)果表明：設計工況下，導葉葉片均勻減薄0.5倍時，導葉間的排擠減小，但導葉的導流能力以及能量轉(zhuǎn)化能力下降，最終使得核主泵的揚程、效率降低；導葉葉片前1/2段均勻加厚1.5倍時，形成的“前厚后薄”的導葉結(jié)構，較其它四種方案，其流場分布最為均勻，導葉內(nèi)的流動

5、損失也最小，模型泵的揚程、效率最高。這說明在滿足導葉葉片結(jié)構強度的前提下，可根據(jù)導葉流道的不同相對位置，結(jié)合其不同流動狀態(tài)對導葉葉片進行非均勻加厚，以減小流道內(nèi)的水力損失并最大程度地將動能轉(zhuǎn)化為壓能，從而來提高核主泵的內(nèi)外特性。⑶對導葉葉片非均勻布置結(jié)構進行了研究。通過觀察原模型泵內(nèi)流體的真實流動,發(fā)現(xiàn)在靠近右側(cè)隔舌的導葉出口及蝸殼右側(cè)隔舌處流動最為紊亂。因此對靠近右側(cè)隔舌處的導葉進行了非均勻布置。對這個導葉葉片進行了旋轉(zhuǎn)，分別旋轉(zhuǎn)了+

6、5°、-5°、+10°、-10°、+15°、-15°。這樣就形成了導葉非均勻布置的結(jié)構。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當旋轉(zhuǎn)角θ為+10°時，核主泵的揚程、效率最高，θ=-5°時最低，效率最大相差3.86%，揚程最大相差可達1.60m。同樣在θ=+10°時，導葉內(nèi)以及蝸殼內(nèi)的水力損失均最小。與此同時，觀察核主泵內(nèi)的內(nèi)流場不難發(fā)現(xiàn)，設計工況下，θ=+10°時，導葉出口中心截面流線分布最為均勻且順暢、湍動能的變化范圍也最小、壓水室出口軸面速度矢量分布的二次