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混流式核主泵模型水力性能优化及内部流动研究

周志伟  
【摘要】:核主泵是核岛内唯一的高速旋转设备,有核岛心脏之称。核主泵是核电站中耗能的主要设备,因而研究高效的核主泵水力模型以提高实型核主泵的效率有很大的节能意义。我国目前对混流式核主泵的研发尚处于起步阶段,高效的混流式核主泵水力模型很少。因而研究混流式核主泵过流部件几何参数、结构型式等因素对其水力性能的影响,设计出高效的混流式核主泵水力模型将极大地推动核主泵国产化进程。叶轮叶片出口段形状,导叶的结构型式(导叶叶片厚度、叶片出口段形状、叶片分布方式等),叶轮与导叶、球壳的匹配关系对泵的性能和内部流动都有着非常重要的影响。本文以一台自行设计的核主泵模型泵为研究对象,通过CFD数值计算研究了叶轮叶片出口段形状、导叶叶片出口段形状、导叶叶片厚度、不同结构导流体对模型泵水力性能的影响,以获得较好能量性能的模型泵。开展的主要工作和获得成果如下:1.基于混流泵叶轮设计原理,结合速度系数法运用CFturbo软件设计了核主泵叶轮,并对模型叶轮进行三维造型、网格划分和数值模拟计算。2.为提高模型叶轮的水力效率,设计了不同叶片出口段形状的叶轮,并分析了叶轮出口相对速度分布和叶片压力载荷分布情况,结果表明:当仅对叶片工作面进行修圆时,叶轮具有较好的水力性能。3.为探讨径向导叶对模型泵水力性能的影响,设计了不同叶片出口段形状、不同叶片厚度的导叶方案。通过CFD数值计算研究了主泵内部流动情况,结果表明:对导叶叶片出口段进行修圆,整泵水力效率值变化不大;在一定范围内,整泵水力效率值随着导叶叶片厚度的减小而增大;导叶叶片最厚处位置变化对整泵水力性能的影响较小。4.为探讨不同结构导流体对模型泵水力性能的影响,设计了不同直径、不同扩散角的导流环和不同叶片分布方式的导叶,通过CFD数值计算研究了主泵内部流动情况。结果表明:对于只加导流环、导叶叶片对称布置的导流体模型泵,当导流环方案为L=15mm、θ=15?时,模型泵水力效率值最高;对于不加导流环、导叶叶片非对称布置的导流体模型泵,模型泵的水力效率值随着γ1的增大呈现先增大后减小的趋势。当γ1取24?时,模型泵水力性能最好;对于加导流环、导叶叶片非对称布置的导流体模型泵,当导流环方案:L=15mm、θ=15?、导叶叶片布置方案γ1=24?时,模型泵水力效率值最高。


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