高温高压混流泵空化及其对泵结构设计影响分析

发布时间：2018-01-14 19:03

  本文关键词：高温高压混流泵空化及其对泵结构设计影响分析　出处：《大连理工大学》2012年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 核反应堆冷却剂泵 空化模型 临界空化余量 数值模拟 优化设计

【摘要】：核主泵,即核反应堆冷却剂泵,是核岛中冷却剂循环的驱动设备。作为核岛中唯一运转的部件,核主泵必须在承受高温、高压、强辐射环境下,能够超长使役安全、可靠地运行。空化空蚀作为水力机械中常见的一种破坏原因,它会引发噪声和振动,使水力机械的性能剧烈下降,严重时还会造成叶片的损坏和断裂。所以空化是核主泵在正常运行或者其他灾变工况下极力避免发生的现象。 本文首先对核主泵中的空化与一般的混流泵空化进行了对比分析,表明运用已有的空化模型对核主泵空化进行数值计算的可行性。采用一种基于正压关系的状态方程空化模型对二维naca66(mod)翼型进行了定常和非定常的空化流数值模拟,结果表明模拟值与实验值吻合良好,体现了这种空化模型在模拟空化流的准确性。 为了对核主泵中的空化进行深入的分析,对分别采用速度系数法和模型变换法设计的5叶片混流式核主泵叶轮进行了空化性能的计算。结果发现,速度系数法设计的叶轮效率为90.866%,临界空化余量为51.93m。而模型变换法设计的叶轮效率为92.844%,比速度系数法高近2个百分点；临界空化余量为16.35m,比速度系数法相对降低了68.5%。 为了改善速度系数法设计的叶轮的空化性能,本文对叶轮结构进行了优化。发现原采用速度系数法设计的5叶片叶轮结构并不合理,泵叶轮设计工况下的临界空化余量较高。针对这一问题,增加混流泵的叶片数目为7片,并以效率和扬程作为目标函数,对7叶片混流泵叶片进口边形状、叶片前缘厚度以及叶片厚度变化规律进行了优化设计。对优化前后三种不同叶片结构方案的叶轮空化性能对比分析结果表明：混流泵叶片进口边适当向进口方向延伸,叶片进口边前缘减薄,以及改变叶片厚度的变化规律,将使混流泵的临界空化余量大大降低。优化设计后的混流泵效率为90.857%,扬程为163.86m,优化后的临界空化余量为28.64m,相比优化前降低了45%,有效地改善了混流泵在设计工况下的空化性能。对今后该类高温高压混流式核主泵的设计和优化有一定的参考价值。最后对优化后的核主泵计算了在0.8～1.2倍设计流量范围内的空化性能曲线。结果表明,随着流量的增大叶轮的临界空化余量明显提高,叶轮的空化性能随之变差。
[Abstract]:Nuclear main pump, namely nuclear reactor coolant pump, is the driving equipment of coolant circulation in nuclear island. As the only operating part in nuclear island, nuclear main pump must be subjected to high temperature, high pressure and strong radiation environment. Cavitation erosion as a common cause of destruction in hydraulic machinery, it will cause noise and vibration, and make the performance of hydraulic machinery decline dramatically. So cavitation is a phenomenon that the nuclear main pump is trying to avoid under normal operation or other catastrophic conditions. In this paper, the cavitation in the nuclear main pump is compared with that in the general mixed-flow pump. It is shown that it is feasible to use the existing cavitation model to calculate the cavitation of nuclear main pump. A kind of state equation cavitation model based on positive pressure relation is applied to 2D naca66 mod. Numerical simulation of steady and unsteady cavitation flow is carried out for airfoil. The results show that the simulated values are in good agreement with the experimental values, which shows the accuracy of the cavitation model in simulating cavitation flow. In order to analyze the cavitation in the nuclear main pump, the cavitation performance of the impeller designed by the velocity coefficient method and the model transformation method was calculated. The impeller efficiency designed by the velocity coefficient method is 90.866 and the critical cavitation margin is 51.93 m.The impeller efficiency designed by the model transformation method is 92.844%. It is 2 percentage points higher than the velocity coefficient method. The critical cavitation margin is 16.35 m, which is 68.5% lower than that of the velocity coefficient method. In order to improve cavitation performance of impeller designed by velocity coefficient method, the impeller structure is optimized in this paper. The critical cavitation margin is high under the design condition of pump impeller. In order to solve this problem, the number of vane of mixed flow pump is increased to 7 pieces, and efficiency and head are taken as objective function, and the inlet edge shape of 7 vane mixed flow pump blade is given. The blade leading edge thickness and blade thickness variation law were optimized and the cavitation performance of impeller of three different blade structure schemes before and after optimization was compared and analyzed. The inlet edge of the mixed flow pump blade extends properly to the inlet direction. The critical cavitation allowance of the mixed flow pump will be greatly reduced by reducing the leading edge of the inlet edge of the blade and changing the variation law of the blade thickness. The efficiency of the mixed flow pump after the optimization design is 90.857%. The head is 163.86m, and the critical cavitation margin is 28.64m, which is 45% lower than that before optimization. The cavitation performance of the mixed flow pump under the design condition is improved effectively. It has certain reference value for the design and optimization of this kind of high temperature and high pressure Francis nuclear main pump in the future. The cavitation performance curves within the design flow range of .2 times. The results show that. With the increase of the flow rate, the critical cavitation margin of the impeller increases obviously, and the cavitation performance of the impeller becomes worse.
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH311

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本文编号：1424874