專利名稱：偏置式泵殼的收斂形排出噴管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般屬于核反應堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)使用的主泵，更詳細地說，涉及偏置式泵殼的收斂形排出噴管。
在壓水式核動力發(fā)電站內(nèi)，反應堆的冷卻劑系統(tǒng)用來從反應堆的堆芯向產(chǎn)生蒸汽的蒸汽發(fā)生器傳遞熱量。而蒸汽用來驅(qū)動汽輪發(fā)電機。反應堆冷卻劑系統(tǒng)包括多支獨立的冷卻環(huán)路，每支環(huán)路都與反應堆堆芯相連接，并且含有蒸汽發(fā)生器和反應堆冷卻劑泵。
在核動力發(fā)電站內(nèi)使用的一種反應堆冷卻劑系統(tǒng)中，反應堆的冷卻劑泵為高慣性泵，該泵用密閉方式裝在相應冷卻劑環(huán)路中的一臺蒸汽發(fā)生器上。每臺泵都含有外殼和沿軸向延伸的中心轉(zhuǎn)子和密封電機，該轉(zhuǎn)子在其相對的兩端用上軸承和下軸承加以安裝，而密封電機環(huán)繞著泵轉(zhuǎn)子位于上軸承和下軸承之間。電機包括轉(zhuǎn)子部分和定子，轉(zhuǎn)子部分安裝在泵轉(zhuǎn)子上以進行轉(zhuǎn)動，而定子則圍繞著轉(zhuǎn)子部分固定地裝在泵殼上。
此外，每臺主泵包含一只葉輪，該葉輪安裝在泵轉(zhuǎn)子的一端。主泵的葉輪與轉(zhuǎn)子一同轉(zhuǎn)動，同時將反應堆的冷卻水通過泵殼上的中央吸入噴管沿軸向吸進。另外，葉輪還通過泵殼上外圍的排出噴管沿切向?qū)⒗鋮s水排出。
一般泵殼的幾何形狀是蝸殼型的，其中的排出噴管安置在葉輪的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)，這樣，由葉輪壓出的水流的流動路線直接進入排出噴管。然而蝸殼型泵殼的直徑大，重量重和價格高。為了減少主泵的體積、價格和重量，可以采用偏置型泵殼。在偏置型泵殼中，排出噴管沿軸向偏移開葉輪的旋轉(zhuǎn)平面，這樣可以使泵殼具有較小的直徑，但是要求冷卻水在到達排出噴管之前必須沿著按軸線定向的螺旋線流動路線進行流動。
這樣，在用偏置型泵殼替換蝸殼型泵殼的情況下，將會引起效率損失，這是因為偏置型泵殼的流動面積一般要大些，并且不能與液體流量所需要的流動面積正確匹配。這種效率損失是由于主泵殼內(nèi)的翻轉(zhuǎn)(混和)損失和排出噴管內(nèi)的流量縮小損失造成的。
因此，有必要改進偏置型泵殼的設(shè)計，以便減少與設(shè)計有關(guān)的效率損失。
本項發(fā)明提供一種旨在滿足上述要求的偏置型泵殼。本項發(fā)明屬于將偏置型泵殼上慣用的一般為圓柱形的排出噴管，修改為一種由半圓柱外形以及由半橢圓柱和半圓錐組成的外形而構(gòu)成的合成形體，為了簡便起見，下文里稱之為“收斂形”排出噴管，這種排出噴管可以減少流量縮小損失。損失的減少可以增加泵的水力效率，這是由于將泵殼排出噴管的流動面積由突然變化的改變?yōu)槠椒€(wěn)變化的而得到的。
因此，本項發(fā)明是針對唧送液體的主泵，該泵包括(a)泵殼，該泵殼規(guī)定有吸入液體的吸入噴管，排出液體的外圍的收斂形排出噴管和相互連通吸入噴管和排出噴管的導管，通過該導管，液體可以從吸入噴管流至排出噴管(56);(b)葉輪，該葉輪放置在與導管相通的泵殼內(nèi)，并且沿軸向離泵殼的排出噴管有一偏距，葉輪可以轉(zhuǎn)動，以便將液體通過吸入噴管吸進泵殼，并且使液體流過導管之后從泵殼沿切向通過外圍的排出噴管而排出。泵殼的收斂形排出噴管由在平面的上方和下方所限定的第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分組成，上述平面通常平行于葉輪的轉(zhuǎn)動軸。第一側(cè)壁部分為半圓柱形，而第二側(cè)壁部分為半橢圓柱和半圓錐的合成外形。
結(jié)合著表示和描述本發(fā)明說明性的實施例的附圖來閱讀下述的詳細說明，這樣，本項發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點，對于精通這項技術(shù)的人們來說將是很明顯的。
在下面的詳細說明過程中，將引用附圖，在這些附圖中

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的核反應堆堆芯和連接于其上的冷卻劑系統(tǒng)的透視圖。
圖2是圖1上冷卻劑系統(tǒng)中現(xiàn)有技術(shù)的反應堆冷卻劑泵的部分剖切的正視圖。
圖3為現(xiàn)有技術(shù)的偏置型泵殼的剖面圖，該泵殼的排出噴管呈圓柱形。
圖4為圖3中現(xiàn)有技術(shù)的偏置型泵殼上，圓柱形排出噴管的內(nèi)表面在兩相間隔部位處的剖面形狀的比較示意圖。
圖5為類似于圖3的視圖，但是偏置型泵殼具有本項發(fā)明推薦的收斂形排出噴管。
圖6為本項發(fā)明的偏置型泵殼上，收斂形排出噴管的內(nèi)表面在兩相間隔部位處的剖面形狀的比較示意圖。
圖7是通過流動面積對液體流程長度的關(guān)系曲線來表示的比較蝸殼型泵殼和偏置型泵殼的曲線圖，另外該圖還表示由于將慣用的圓柱形排出噴管修改為本發(fā)明推薦的收斂形排出噴管所引起的偏置型泵殼曲線圖的曲線變化情況。
現(xiàn)在參照附圖，特別是圖1，圖中示出了具有現(xiàn)有技術(shù)水平的核反應堆堆芯的壓力容器10，以及與其相連接的冷卻劑系統(tǒng)12。反應堆的冷卻劑系統(tǒng)12包含兩支冷卻劑環(huán)路，它們通常用數(shù)碼14A和14B表示。冷卻劑系統(tǒng)的14A和14B的每一支環(huán)路都含有單獨的蒸汽發(fā)生器16，一對密封電機驅(qū)動的高慣性泵18，單獨的熱支管20和一對冷支管22。
每支冷卻劑環(huán)路14A，14B中的一對主泵18，都以密閉方式在相反的位置裝到相應冷卻劑環(huán)路內(nèi)的一臺蒸汽發(fā)生器16上。每臺主泵18有一泵殼24，該泵殼被直接，例如用焊接，連接到蒸汽發(fā)生器16的管板26的底部，這樣，可以將這兩個部件有效地組合成單一的結(jié)構(gòu)。
熱支管20分布在反應堆壓力容器10和相應的蒸汽發(fā)生器16之間，并且將二者相互連通，以便將高溫的反應堆冷卻劑從壓力容器10送入蒸汽發(fā)生器16。冷支管22分布在主泵18和反應堆壓力容器10之間，并且將二者相互連通，以便將低溫的反應堆冷卻劑從蒸汽發(fā)生器16經(jīng)由主泵18唧回至反應堆的壓力容器10。此外，用波動管30將穩(wěn)壓器筒28連接至一條熱支管20。
參考圖2，圖中比較詳細地表示出一臺反應堆冷卻劑泵18。除去外泵殼24以外，主泵18含有一個中央轉(zhuǎn)子32，該轉(zhuǎn)子沿軸向伸入泵殼24內(nèi)，并且安裝得能夠轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的下端裝有可傾瓦軸承34，其上端為裝可傾瓦和推力軸承組合36上。密封電機38沿著泵轉(zhuǎn)子32位于上下兩軸承34、36之間。電機38包含轉(zhuǎn)子部分40和定子42，轉(zhuǎn)子部分裝在泵轉(zhuǎn)子32上以進行轉(zhuǎn)動，而定子則圍繞著轉(zhuǎn)子部分40固定地裝在泵殼24上。圍繞著電機38裝有環(huán)形冷水套筒44。同樣地，為了進行冷卻，在上推力軸承附近還裝有冷卻蛇形管(未示出)。
同時，在泵轉(zhuǎn)子32的上端裝有與轉(zhuǎn)子32一起轉(zhuǎn)動的葉輪46。泵殼24在其上端設(shè)有中央吸入噴管48，在鄰近上端處裝有切向排出噴管50，以及連通兩噴管的導管51。排出噴管50和葉輪46沿軸向相互有一偏距，這樣，泵殼是偏置型的。
轉(zhuǎn)子32和葉輪46的轉(zhuǎn)動將冷卻水從蒸汽發(fā)生器16沿軸向通過中央吸入噴管48吸入泵殼24，并且冷卻水在流過泵殼24的導管51以后，沿切向通過泵殼24的排出噴管50被唧至相應的一條冷支管22。這樣，泵的轉(zhuǎn)動在吸入噴管48處造成減壓，從而將冷卻水從反應堆壓力容器10通過相應的熱支管20吸入并流過蒸汽發(fā)生器16，另外，在排出噴管50處造成增壓，從而將冷卻水通過冷支管22唧回并流過反應堆壓力容器10。
參考圖3，圖上以稍為簡化的形式表示出偏置型泵殼24。該泵殼具有中央吸入噴管48，外圍的排出噴管50和導管51。排出噴管50為普通圓柱形結(jié)構(gòu)，該圓柱形結(jié)構(gòu)在位置52處產(chǎn)生流動面積的突然變化，另外，在位置52處排出噴管50的較短部分50A連接到泵殼24。圖4為表示圖3上偏置型泵殼24內(nèi)，具有現(xiàn)有技術(shù)水平的圓柱形排出噴管50的內(nèi)表面54上，兩間隔部位“A”和“a”處的具有相同圓截面形狀的圖形。
參考圖5，圖上以稍為簡化的形式也表示出偏置型泵殼24，該泵殼具有中央吸入噴管48和排出噴管56，但該排出噴管修改為本發(fā)明推薦的收斂形排出噴管。收斂形排出噴管由在假想平面C的上方和下方所限定的第一側(cè)壁部分58和第二側(cè)壁部分60所組成，該假想平面通常平行于葉輪(未示出)的轉(zhuǎn)動軸線D，并且偏移至葉輪轉(zhuǎn)動軸的一側(cè)。如同從圖5以及圖6上的圖形所能確定的那樣，第一側(cè)壁部分58大致沿切向延伸至泵殼24，并且大致為半圓形或半圓柱形，而第二側(cè)壁部分60大致為半橢圓柱和半圓錐的合成外形。排出噴管56的出孔56A大致為圓形。
第二側(cè)壁部分60的半圓錐形組成一個近似于25°的錐角。對比文獻報道，在管路流量試驗中，得出的最大錐角為30°。同樣的錐角最大極限也適用于本項發(fā)明的收斂形排出噴管。圖6是表示收斂形排出噴管56的內(nèi)表面56B上，部位為“B”處的半橢圓形和部位為“b”處的圓形的圖形。
圖5為本發(fā)明的收斂形排出噴管56所具有的損失系數(shù)比圖3上原有技術(shù)水平的圓柱形排出噴管所具有的損失系數(shù)大約低10倍。在本發(fā)明推薦的收斂形排出噴管中，泵殼排出噴管處的流動面積是從突然變化的變成平穩(wěn)變化的，該收斂形排出噴管與一般球形泵殼體24相面接。圖7是通過流動面積對液體流程長度的關(guān)系曲線來表示的比較蝸殼型泵殼和偏置型泵殼的曲線圖。然而更重要的是，圖7還描繪出由于將圖3上具有現(xiàn)有技術(shù)水平的圓柱形排出噴管50，修改為圖5上本發(fā)明推薦的收斂形排出噴管56所引起的偏置型泵殼曲線圖從突變的變?yōu)槠交那€變化情況。
權(quán)利要求
1.唧送液體的泵包含(a).泵殼(24)，該泵殼限定有收納液體的吸入噴管(48)，排出液體的收斂形排出噴管(56)以及相互連通該吸入噴管(48)和該排出噴管(56)的導管(51)，液體通過該導管可以從該吸入噴管(48)流至該排出噴管(56)；和(b).葉輪(46)，該葉輪放置在與該導管(51)相通的上述泵殼(24)內(nèi)，并且可以繞著軸線(D)在一轉(zhuǎn)動平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，而該轉(zhuǎn)動平面沿軸向偏離該排出噴管(56)，葉輪的轉(zhuǎn)動可以將液體通過該吸入噴管(48)吸入上述泵殼(24)，并且可以使液體在流過上述導管(51)之后，沿切向從該泵殼(24)通過前述的收斂形排出噴管(56)而排出；(c).該收斂形排出噴管(56)由在假想平面(c)的上方和下方所限定的第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分(58，60)組成，上述假想平面的延伸通常平行于上述葉輪(46)的轉(zhuǎn)動軸線(D)，該第一側(cè)壁部分(58)大致沿切向延伸至上述泵殼(24)，該第二側(cè)壁部分(60)大致為半圓錐外形。
2.按照權(quán)利要求1中所述的泵(18)，其特征在于該第二側(cè)壁部分(60)大致為半橢圓柱和半圓錐的合成外形。
3.按照權(quán)利要求1中所述的泵(18)，其特征在于該第一側(cè)壁部分(58)大致為半圓柱外形。
4.按照權(quán)利要求2中所述的泵(18)，其特征在于該收斂形排出噴管(56)的出孔(56A)大致為圓形。
5.按照權(quán)利要求1中所述的泵(18)，其特征在于該第二側(cè)壁部分(60)的半圓錐外形所確定的錐角大約不小于30℃。
6.按照權(quán)利要求1中所述的泵(18)，其特征在于該第二側(cè)壁部分(60)的半圓錐外形所確定的錐角大致為25℃。
7.核反應堆冷卻劑系統(tǒng)(12)內(nèi)，唧送反應堆冷卻劑液體的冷卻劑泵(18)包含(a)泵殼(24)，該泵殼限定有收納反應堆冷卻劑液體的吸入噴管(48)，排出反應堆冷卻劑液體的收斂形排出噴管(56)和相互連通該吸入噴管(48)和該排出噴管(56)的導管(51)，反應堆冷卻劑液體通過該導管可以從該吸入噴管(48)流至該排出噴管(56);(b)轉(zhuǎn)子(32)，該轉(zhuǎn)子沿軸向穿過上述泵殼(24)，并且其一端布置在由該泵殼(24)所限定的導管(51)的附近;(c)葉輪(46)，該葉輪安裝在上述轉(zhuǎn)子(32)的端部，放置在與該導管(51)相通的上述泵殼(24)內(nèi)，并且可以與該轉(zhuǎn)子(32)繞著軸線(D)在一轉(zhuǎn)動平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，而該轉(zhuǎn)動平面沿軸向偏離該排出噴管(56)，葉輪的轉(zhuǎn)動可以將液體通過該吸入噴管(48)吸入上述泵殼(24)，并且可以使液體在流過上述導管(51)之后，沿切向從該泵殼(24)通過前述的收斂形排出噴管(56)而排出;(d)該收斂形排出噴管(56)由在假想平面(c)的上方和下方所限定的第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分(58，60)組成，上述假想平面的延伸通常平行于上述葉輪(46)的轉(zhuǎn)動軸線(D)，該第一側(cè)壁部分(58)大致沿切向延伸至上述泵殼(24)，該第二側(cè)壁部分(60)大致為半圓錐外形。
8.按照權(quán)利要求7中所述的冷卻劑泵(18)，其特征在于該第二側(cè)壁部分(60)大致為半橢圓柱和半圓錐的合成外形。
9.按照權(quán)利要求7中所述的冷卻劑泵(18)，其特征在于該第一側(cè)壁部分(58)大致為半圓柱外形。
10.按照權(quán)利要求9中所述的冷卻劑泵(18)，其特征在于收斂形排出噴管(56)的出孔(56A)大致為圓形。
11.按照權(quán)利要求7中所述的冷卻劑泵(18)，其特征在于該第二側(cè)壁部分(60)的半圓錐外形所確定的錐角大約不小于30°。
12.按照權(quán)利要求7中所述的冷卻劑泵(18)，其特征在于該第二側(cè)壁部分(60)的半圓錐外形所確定的錐角大約為25°。
全文摘要
核反應堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)，即送冷卻劑液體的冷卻劑泵(18)含泵殼(24)，轉(zhuǎn)子(32)和葉輪(46)。泵殼(24)限定有收納液體的吸入噴管(48)，排出液體的排出噴管(56)和連通吸入噴管和排出噴管的導管(51)，液體通過該導管可以從吸入噴管流至排出噴管。排出噴管由在平面(c)的上方和下方所限定的第一和第二側(cè)壁部分(58，60)組成。第一側(cè)壁部分(58)大致為半圓柱形，而第二側(cè)壁部分(60)大致為半橢圓柱和半圓錐的合成外形。
文檔編號F04D29/40GK1060550SQ91109438
公開日1992年4月22日 申請日期1991年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月5日
發(fā)明者艾倫·倫納德·莫里斯 申請人:西屋電氣公司