本文關鍵詞：高溫高壓混流泵空化及其對泵結構設計影響分析　出處：《大連理工大學》2012年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 核反應堆冷卻劑泵 空化模型 臨界空化余量 數(shù)值模擬 優(yōu)化設計

【摘要】：核主泵,即核反應堆冷卻劑泵,是核島中冷卻劑循環(huán)的驅動設備。作為核島中唯一運轉的部件,核主泵必須在承受高溫、高壓、強輻射環(huán)境下,能夠超長使役安全、可靠地運行�？栈瘴g作為水力機械中常見的一種破壞原因,它會引發(fā)噪聲和振動,使水力機械的性能劇烈下降,嚴重時還會造成葉片的損壞和斷裂。所以空化是核主泵在正常運行或者其他災變工況下極力避免發(fā)生的現(xiàn)象。 本文首先對核主泵中的空化與一般的混流泵空化進行了對比分析,表明運用已有的空化模型對核主泵空化進行數(shù)值計算的可行性。采用一種基于正壓關系的狀態(tài)方程空化模型對二維naca66(mod)翼型進行了定常和非定常的空化流數(shù)值模擬,結果表明模擬值與實驗值吻合良好,體現(xiàn)了這種空化模型在模擬空化流的準確性。 為了對核主泵中的空化進行深入的分析,對分別采用速度系數(shù)法和模型變換法設計的5葉片混流式核主泵葉輪進行了空化性能的計算。結果發(fā)現(xiàn),速度系數(shù)法設計的葉輪效率為90.866%,臨界空化余量為51.93m。而模型變換法設計的葉輪效率為92.844%,比速度系數(shù)法高近2個百分點；臨界空化余量為16.35m,比速度系數(shù)法相對降低了68.5%。 為了改善速度系數(shù)法設計的葉輪的空化性能,本文對葉輪結構進行了優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)原采用速度系數(shù)法設計的5葉片葉輪結構并不合理,泵葉輪設計工況下的臨界空化余量較高。針對這一問題,增加混流泵的葉片數(shù)目為7片,并以效率和揚程作為目標函數(shù),對7葉片混流泵葉片進口邊形狀、葉片前緣厚度以及葉片厚度變化規(guī)律進行了優(yōu)化設計。對優(yōu)化前后三種不同葉片結構方案的葉輪空化性能對比分析結果表明：混流泵葉片進口邊適當向進口方向延伸,葉片進口邊前緣減薄,以及改變?nèi)~片厚度的變化規(guī)律,將使混流泵的臨界空化余量大大降低。優(yōu)化設計后的混流泵效率為90.857%,揚程為163.86m,優(yōu)化后的臨界空化余量為28.64m,相比優(yōu)化前降低了45%,有效地改善了混流泵在設計工況下的空化性能。對今后該類高溫高壓混流式核主泵的設計和優(yōu)化有一定的參考價值。最后對優(yōu)化后的核主泵計算了在0.8～1.2倍設計流量范圍內(nèi)的空化性能曲線。結果表明,隨著流量的增大葉輪的臨界空化余量明顯提高,葉輪的空化性能隨之變差。
[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.
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TH311

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