一種核主泵的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于流體機械領(lǐng)域，涉及一種核主栗葉輪的水力設(shè)計方法，特別涉及一種 核主栗的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核主栗，又叫核反應(yīng)堆冷卻劑栗，是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，它位于核 反應(yīng)堆與蒸汽發(fā)生器之間，它的主要作用有以下幾個:在主系統(tǒng)充水時，主栗被用來趕氣； 在開堆前，為了達(dá)到開堆要求的溫度條件用主栗進(jìn)行循環(huán)升溫;在反應(yīng)堆正常運行時，把流 出蒸發(fā)器的冷卻劑重新送回反應(yīng)堆加熱，確保一回路冷卻劑循環(huán)以冷卻堆芯。核主栗是核 島內(nèi)部唯一旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，被稱為核電站的心臟，是一回路的主要壓力邊界，它強調(diào)壓力邊界 的完整性和在特殊工況下的運行的可靠性。長時間安全穩(wěn)定運行對冷卻堆芯和防止核電站 發(fā)生事故都具有極為重大的意義。核主栗在全廠斷電事故時，因失去電源而停止運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致 通過堆芯的冷卻劑流量突然減少，給反應(yīng)堆的安全帶來威脅，為了保障核安全，使斷電事故 狀態(tài)下反應(yīng)堆不至達(dá)到泡核沸騰狀態(tài)，通常要求核主栗有一定的轉(zhuǎn)動慣量，斷電后的核主 栗有一定的惰轉(zhuǎn)時間，使栗在斷電后的短時間內(nèi)還提供足夠的慣性流量來排除反應(yīng)堆產(chǎn)生 的熱量，為此，核主栗需要設(shè)置飛輪來增加栗轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。核主栗機組的轉(zhuǎn)動慣量主要 由飛輪提供，惰轉(zhuǎn)時間主要由飛輪的轉(zhuǎn)動慣量大小決定，同時也需要考慮葉輪的轉(zhuǎn)動慣量 對惰轉(zhuǎn)的影響?，F(xiàn)階段，針對核主栗惰轉(zhuǎn)過程的研究主要集中在飛輪的轉(zhuǎn)動慣量對其的影 響，而葉輪轉(zhuǎn)動慣量的影響對其的影響研究甚少。因而，現(xiàn)階段所建立的核主栗惰轉(zhuǎn)模型忽 略了葉輪轉(zhuǎn)動慣量對惰轉(zhuǎn)過程的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對核主栗惰轉(zhuǎn)模型忽略葉輪轉(zhuǎn)動慣量對惰轉(zhuǎn)過程的影響，本發(fā)明提供一種核主 栗的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法。通過在設(shè)計核主栗葉輪過程中，同時考慮核主栗的葉輪 幾何參數(shù)對運行性能和葉輪轉(zhuǎn)動慣量的影響。核主栗斷電惰轉(zhuǎn)情況下，核主栗主要依靠機 組的轉(zhuǎn)動慣量來維持運轉(zhuǎn)，葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)大小不但影響葉輪內(nèi)部流動并且影響葉輪的轉(zhuǎn) 動慣量分布，因而從葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)大小來改善葉輪內(nèi)部流動和機組的轉(zhuǎn)動慣量的分布來優(yōu) 化惰轉(zhuǎn)過程，使惰轉(zhuǎn)的有效時間盡可能延長。
[0004] 實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：
[0005] 1、飛輪的轉(zhuǎn)動慣量1〇,由以下公式確定：
[0006]
[0007]式中：
[0008] Ιο-飛輪轉(zhuǎn)動慣量，N.m;
[0009] m一飛輪的質(zhì)量，kg;
[0010] r一飛輪外徑，m;
[0011] dh-飛輪的軸徑，m;
[0012] 2、整個核主栗機組的轉(zhuǎn)動慣量I，由以下公式確定：
[0013]
[0014] 式中：
[0015] I-機組轉(zhuǎn)動慣量，N.m;
[0016] Ιο-飛輪轉(zhuǎn)動慣量，N.m;
[0017] Do-葉輪進(jìn)口直徑，m;
[0018] D2-葉輪出口直徑，m;
[0019] β2-葉片出口安放角，
[0020] r 一葉片包角，％
[0021] Z-葉片數(shù)，枚；
[0022] g-重力加速度，N/kg;
[0023] P-葉輪材料密度，kg/m3;
[0024] b2-葉輪出口寬度，m;
[0025] 3、核主栗葉輪進(jìn)口直徑Do,由下式公式確定：
[0026]
[0027] 式中：
[0028] Do-葉輪進(jìn)口直徑，m;
[0029] Ιο-飛輪轉(zhuǎn)動慣量，N.m;
[0030] Z-葉片數(shù)，枚；
[0031] η一轉(zhuǎn)速，rev/min;
[0032] Q-流量，m3/s;
[0033] Η一揚程，m;
[0034] g-重力加速度，N/kg;
[0035] 4、核主栗葉輪出口直徑D2,由下式公式確定：
[0036]
[0037] 式中：
[0038] D2-葉輪進(jìn)口直徑，m;
[0039] Ιο-飛輪轉(zhuǎn)動慣量，N.m;
[0040] Z 一葉片數(shù)，枚；
[0041] η一轉(zhuǎn)速，rev/min;
[0042] Q-流量，m3/s;
[0043] Η-揚程，m;
[0044] g-重力加速度，N/kg;
[0045] 5、葉片出口安放角說，由以下公式確定：
[0046]
[0047] 式中：
[0048] β2-葉片出口安放角，°;
[0049] kD2-葉輪外徑對葉片出口安放角的影響；
[0050] kz-葉片數(shù)安放角的影響；
[0051 ] U2-葉輪出口速度，m/s;
[0052] η一轉(zhuǎn)速，rev/min;
[0053] Q-流量，m3/s;
[0054] Η一揚程，m;
[0055] g-重力加速度，N/kg;
[0056] 6、葉輪出口口寬度匕，由以下公式確定：
[0057]
[0058] 式中：
[0059] b2-葉輪出口寬度，m;
[0060] kD22-葉輪外徑對葉片出口安放角的影響；
[0061 ] kfi2-葉片出口安放角對葉輪出口寬度的影響；
[0062] η一轉(zhuǎn)速，rev/min;
[0063] Q-流量，m3/s;
[0064] Η-揚程，m;
[0065] 7、葉片包角φ，由以下公式確定：
[0066]
[0067] 式中：
[0068] r -葉片包角，％
[0069] Do-葉輪進(jìn)口直徑，m;
[0070] D2-葉輪出口直徑，m;
[0071] β2-葉片出口安放角，°;
[0072] b2-葉輪出口寬度，m;
[0073] 本發(fā)明的有益效果：
[0074] 本發(fā)明設(shè)計出的葉輪的主要參數(shù)既能很好的滿足正常運行下的性能，又能使葉輪 有較大的轉(zhuǎn)動慣量延長惰轉(zhuǎn)時間。
【附圖說明】
[0075] 圖1是本發(fā)明實施例的飛輪模型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0076] 圖2是本發(fā)明實施例的葉輪平面投影圖；
[0077] 圖3是本發(fā)明實施例的葉輪軸面投影圖；
[0078] 附圖標(biāo)記說明：
[0079] 圖l:r一飛輪外徑，dh-飛輪的軸徑。
[0080] 圖2:1-葉片，葉片包角，葉片出口安放角。
[0081 ] 圖3: Do-葉輪進(jìn)口直徑，D2-葉輪出口直徑，b2-葉輪出口寬度。
【具體實施方式】
[0082]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不限于此。
[0083] 設(shè)計要求：設(shè)計工況流量為17886m3/h，設(shè)計工況揚程為111.3m，轉(zhuǎn)速為1485rev/ s，g取10kg/m2，葉片數(shù)取7枚，飛輪重量為8t，飛輪半徑450mm，飛輪軸徑取140mm，葉輪材料 密度取7.85g/cm3;可得:飛輪的轉(zhuǎn)動慣量1〇:888.4N.m;整個核主栗的轉(zhuǎn)動慣量1:973. IN.m; 核主栗葉輪進(jìn)口直徑Do :660mm;核主栗葉輪出口直徑D2:710mm;核主栗葉輪出口寬度b2: 160mm;葉片出口安放角β2:37° ;葉片包角Φ: 120°。
[0084]以上，為本發(fā)明參照實施例所做出的具體說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例， 也包含本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)的其它實施例或變形例。
【主權(quán)項】
1. 一種核主累的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法，其特征在于:整個核主累機組的轉(zhuǎn)動慣 量I由下式公式確定： 式中：I -機組轉(zhuǎn)動慣量，N. m; Ιο-飛輪轉(zhuǎn)動慣量，N.m; Do-葉輪進(jìn)口直徑，m; 化一葉輪出口直徑，m; 02-葉片出口安放角，％ 許一葉片包角，％ Z-葉片數(shù)，枚； g-重力加速度，N/kg; P-葉輪材料密度，kg/m3; b2-葉輪出口寬度，m。2. 如權(quán)利要求1所述一種核主累的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法，其特征在于:飛輪的轉(zhuǎn) 動慣量1〇,由W下公式確定：式中： 1〇-飛輪轉(zhuǎn)動慣量，N.m; m-飛輪的質(zhì)量，kg; r-飛輪外徑，m; dh一飛輪的軸徑，m。3. 如權(quán)利要求1所述一種核主累的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法，其特征在于:葉輪進(jìn)口 直徑Do由下式公式確定：式中： Do-葉輪進(jìn)口直徑，m; Ιο-飛輪轉(zhuǎn)動慣量，N.m; Z-葉片數(shù)，枚； η-轉(zhuǎn)速，rev/min; Q-流量，m3/s; Η-揚程，m; g-重力加速度，N/kg。4. 如權(quán)利要求1所述一種核主累的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法，其特征在于:葉輪出口 口直徑化由下式公式確定：式中： 化一葉輪進(jìn)口直徑，m; Ιο-飛輪轉(zhuǎn)動慣量，N.m; Z-葉片數(shù)，枚； η-轉(zhuǎn)速，rev/min; Q-流量，m3/s; Η-揚程，m; g-重力加速度，N/kg。5. 如權(quán)利要求1所述一種核主累的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法，其特征在于:葉片出口 安放角&由W下公式確定：式中： 葉片出口安放角，％ kD2-葉輪外徑對葉片出口安放角的影響； kz-葉片數(shù)安放角的影響； 化一葉輪出口速度，m/s; η-轉(zhuǎn)速，rev/min; Q-流量，m3/s; Η-揚程，m; g-重力加速度，N/kg。6. 如權(quán)利要求1所述一種核主累的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法，其特征在于:葉輪出口 口寬度b2由W下公式確定：式中： b2-葉輪出口寬度，m; kD22-葉輪外徑對葉片出口安放角的影響； kp2-葉片出口安放角對葉輪出口寬度的影響； η-牽專速，rev/min; Q-流量，m3/s; Η-揚程，m。7.如權(quán)利要求1所述一種核主累的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法，其特征在于:葉片包角 Φ由W下公式確定：式中： 資一葉片包角，％ Do-葉輪進(jìn)口直徑，m; 化一葉輪出口直徑，m; 02-葉片出口安放角，％ b2-葉輪出口寬度，m。
【專利摘要】本發(fā)明屬于流體機械領(lǐng)域，具體公開了一種核主泵的惰轉(zhuǎn)模型葉輪水力設(shè)計方法。針對核主泵惰轉(zhuǎn)模型忽略葉輪轉(zhuǎn)動慣量對惰轉(zhuǎn)過程的影響，通過在設(shè)計核主泵葉輪過程中，同時考慮核主泵的葉輪幾何參數(shù)對運行性能和葉輪轉(zhuǎn)動慣量的影響。從而設(shè)計出的葉輪的主要參數(shù)既能很好的滿足正常運行下的性能，又能使葉輪就有較大的轉(zhuǎn)動慣量延長惰轉(zhuǎn)時間。
【IPC分類】F04D29/22, F04D29/24
【公開號】CN105545799
【申請?zhí)枴緾N201610008708
【發(fā)明人】王秀禮, 鐘華舟, 盧永剛, 王洋, 朱榮生
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月7日