【摘要】：目前我國在引進AP1000核主泵基礎上開展自主的CAP1400大功率屏蔽電機主泵研制,水力部件必須進行全新的設計和針對性的研究。CAP1400核主泵要求水力部件的效率高于85%以減小電機的整體結構尺寸;要求葉輪上的水力軸向力小于230000N以滿足電機內水潤滑推力軸承的承載能力,且不能采取平衡措施;在這兩項性能要求基礎上要盡可能降低水力部件內非定常水力脈動,以滿足期望的長周期安全使役。同時水力部件的設計需在壓水室結構和尺寸給定、導葉外徑限定、安裝位置要求和不同葉輪加工要求的多重約束下進行。針對CAP1400核主泵的三個關鍵水力性能:效率、軸向力和水力脈動,首先建立縮尺水力模型,采用數(shù)值研究和試驗驗證相結合的方法,針對性的研究了多重約束下核主泵葉輪-導葉的形性相關性,揭示了葉片積疊、軸面流道和葉片數(shù)等幾何參數(shù)對效率和軸向力的影響規(guī)律;確立了一種新的葉輪-導葉協(xié)同優(yōu)化策略,建立了考慮出水邊影響的軸向力修正公式,提出了限制條件下高效低軸向力葉輪設計準則,實現(xiàn)了核主泵水力部件的高效低軸向力設計:在高效和低軸向力基礎上,創(chuàng)新設計了一種非對稱軸面流道錯列葉片,并開展了錯列葉片下壓力脈動和非定常徑向力的研究,進一步實現(xiàn)了核主泵水力部件的低脈動設計;最終完成了模型泵的設計、制造和相關試驗驗證。研究表明:葉輪葉片正傾角積疊規(guī)律有利于提高效率,5葉片葉輪能夠在同時滿足不同加工要求下提升效率。高效葉輪出水邊主要幾何特征為:大出口寬度、小葉輪外徑。高效導葉葉輪出口寬度比應朝著增大的方向優(yōu)化設計,高效導葉葉輪出口外徑比同樣應朝著增大的方向優(yōu)化設計;在安裝限制下半喇叭型導葉設計有利于提高效率。葉輪出水邊前后蓋板直徑比對軸向力影響大,適當減小前后蓋板直徑比在滿足高效的前提下有利于降低軸向力,通過前后蓋板直徑比修正的軸向力計算公式與CFD計算相符合。高效低軸向力下葉輪出水邊的幾何參數(shù)應該按照適當增加比轉速的方式進行計算。葉輪進口直徑在兼顧效率和軸向力下存在一個合理的取值。積疊傾角對壓力脈動的影響均較弱。錯列葉片葉輪能夠明顯降低壓力脈動,等流量等角度錯列最優(yōu);錯列葉片導葉能夠有效減小徑向力,同樣等流量等角度錯列最優(yōu)。通過研究給出了葉輪和導葉設計方案。1:2.5縮尺模型最終方案的效率為84.9%,換算到真機熱態(tài)效率高于88%,真機換算的軸向力為190000N;性能滿足CAP1400核主泵水力設計要求,被選定為CAP1400核主泵水力部件兩套設計方案之一。
【圖文】：

核電站按照反應堆的不同分為壓水堆、沸水堆、重水堆、快中子增殖堆等等。核發(fā)展到了第四代技術，但多是實驗堆和小型堆，目前大規(guī)模商用化核電的主流是代壓水堆Ｉ１１】，比較成熟的技術是美國西屋公司的非能動先進壓水堆ＡＰ１０００和強化統(tǒng)設計的法國法馬通ＥＰＲ。由于ＡＰ１０００非能動設計理念的先進性，我國通過與氣合作，由國家電力投資集團公司引進并且己經(jīng)開始建造世界首臺ＡＰ１０００機組Ｉ１圖１．２為我國引進的ＡＰ１０００核島一回路示意圖１１４１。每個反應堆配有兩臺蒸汽發(fā)

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【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM623.4

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本文編號：2676854