一種核主泵的反螺旋線導(dǎo)葉及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核主栗，具體是一種核主栗的反螺旋線導(dǎo)葉及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核主栗是核電站一回路系統(tǒng)中唯一旋轉(zhuǎn)設(shè)備，也是最關(guān)鍵的核動力設(shè)備之一。核 主栗的作用是在反應(yīng)堆系統(tǒng)充水時趕氣，在開啟反應(yīng)堆前循環(huán)升溫，在正常運(yùn)行時保證一 回路冷卻劑循環(huán)以使堆芯冷卻，在事故工況下防止核事故擴(kuò)大。核主栗安全穩(wěn)定長期可靠 的運(yùn)行，對冷卻堆芯、冷卻劑的輸送、熱量的排出及防止發(fā)生核電站事故極為重要。國內(nèi)外 學(xué)者對核主栗的研究主要停留在核主栗的葉輪及其安全性方面，而對核主栗的導(dǎo)葉極少研 究，AP1000核主栗的蝸殼通常采用環(huán)形蝸殼(結(jié)構(gòu)的安全性高），而其導(dǎo)葉外圓也為規(guī)則圓 形，根據(jù)相關(guān)理論和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，環(huán)形導(dǎo)葉與螺旋形蝸殼搭配時，栗的效率明顯高于環(huán)形 蝸殼與環(huán)形導(dǎo)葉的配合。在保證核主栗安全性的前提下，提高核主栗的效率，對核電有著重 要意義。本發(fā)明提供一種核主栗的反螺旋線導(dǎo)葉，使核主栗環(huán)形蝸殼的內(nèi)部流道空間為反 螺旋線空間，核主栗蝸殼內(nèi)部的二次流動損失，回流損失等明顯減少，在不影響核主栗結(jié)構(gòu) 安全性的情況下，其效率也明顯提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的改善蝸殼內(nèi)部流態(tài)，減少蝸殼內(nèi)的二次回流和回流損失，提高核主 栗的效率，設(shè)計(jì)出一種核主栗的反螺旋線導(dǎo)葉，使核主栗環(huán)形蝸殼的內(nèi)部流道空間為反螺 旋線空間，核主栗的汽蝕性能也明顯提高。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明根據(jù)CFX14.5模擬結(jié)果，核主栗的內(nèi)部流線為不對稱分 布，對導(dǎo)葉進(jìn)行軸向不對稱反螺旋線型的設(shè)計(jì)，該導(dǎo)葉主要由前蓋板、葉片和后蓋板三部分 組成，對核主栗的導(dǎo)葉進(jìn)口基圓直徑D 3，出口直徑D4，導(dǎo)葉葉片進(jìn)口寬度b3，導(dǎo)葉葉片包角 Φ，葉片數(shù)Z，導(dǎo)葉進(jìn)口安放角α3,導(dǎo)葉出口安放角α4,導(dǎo)葉葉片螺旋線型以及擴(kuò)散段和喉部 進(jìn)行水力設(shè)計(jì)，主要由以下關(guān)系式確定：
[0005] 1)核主栗的導(dǎo)葉進(jìn)口基圓直徑：
[0006]
[0007] 式中：
[0008] ns-核主栗的比轉(zhuǎn)速；
[0009] D2-核主栗葉輪出口直徑，謹(jǐn)；
[0010] D3-核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口基圓直徑，mm;
[0011] 2)導(dǎo)葉進(jìn)口寬度(軸向?qū)挾龋?br>[0012] b3 = b2+(3 ~8)mm;
[0013] 式中：
[0014] b2-核主栗葉輪出口寬度，mm;
[0017]
[0015] b3-核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口軸向?qū)挾?，mm;[0016] 3)導(dǎo)葉進(jìn)口安放角α3:
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] ZPVT1 :
[0023] vml2-核主栗葉輪出口軸面速度，m/s;
[0024] Vml3一核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口軸面速度，m/s;
[0025] Vul3-核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口圓周速度，m/s;
[0026] Q-栗設(shè)計(jì)流量，m3/s;
[0027] φ2-核主栗葉輪出口葉片排擠系數(shù)，0.78~0.92;
[0028] kn-速度系數(shù)（由于導(dǎo)葉和葉輪的排擠系數(shù)不同而產(chǎn)生的速度系數(shù)）；
[0029] k12-速度系數(shù)；
[0030] η一栗轉(zhuǎn)速，r/min;
[0031] a/-核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口液流角，度；
[0032] a3-核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口安放角，度；
[0033] 4)導(dǎo)P+,屮,□安協(xié)#Cu,
[0034]
[0035] 式中：
[0036] D4-核主栗導(dǎo)葉出口直徑，謹(jǐn)；
[0037] D3一核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口基圓直徑，mm;
[0038] a4-核主栗導(dǎo)葉出口安放角，度；
[0039] 5)螺旋線部分的線型方程：
[0040]
[0041 ]式中：
[0042] R-核主栗導(dǎo)葉葉片Φ角所對應(yīng)的螺旋線半徑，mm;
[0043] R3-核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口基圓半徑，mm;
[0044] Φ-給定的不同的角度，弧度；
[0045] 6)喉部面積與葉片數(shù)的確定：
[0046] Z=(9 ~12)
[0047]
[0048]
[0049]
[0050] 式中：
[0051] Z-核主栗導(dǎo)葉葉片數(shù)，枚；
[0052] R。一核主栗導(dǎo)葉流道螺旋線部分c點(diǎn)的半徑，mm;
[0053] δ3一導(dǎo)葉葉片入口厚度，mm;
[0054] a3-喉部平面寬度，mm;
[0055] F-導(dǎo)葉喉部面積，mm2;
[0056] k13-速度系數(shù)，取0.65 ~0.92;
[0057] 7)擴(kuò)散段的設(shè)計(jì)：
[0058] FVF3 = 1.35 ~1.65
[0059] D4/D3 = 1.56 ~1.95
[0060] L/a3 = 3.0 ~4.5
[0061] 式中：
[0062] F3一導(dǎo)葉進(jìn)口擴(kuò)散段喉部面積，mm;
[0063] F4-導(dǎo)葉出口擴(kuò)散段面積，mm;
[0064] D4一核主栗導(dǎo)葉出口直徑，謹(jǐn)；
[0065] D3一核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口基圓直徑，mm;
[0066] L 一核主栗導(dǎo)葉擴(kuò)散段長度，mm;
[0067] a3一喉部平面寬度，mm;
[0068] 8)擴(kuò)散角取值范圍：
[0069] φ = 5。~12°
[0070] 式中：
[0071] Φ-導(dǎo)葉進(jìn)口擴(kuò)散角，度；
[0072] 9)導(dǎo)葉葉片包角參考值：
[0073]
[0074] 式中：
[0075] 爐一導(dǎo)葉葉片的包角，度；
[0076] D4一核主栗導(dǎo)葉出口直徑，謹(jǐn)；
[0077] D3一核主栗導(dǎo)葉進(jìn)口基圓直徑，mm;
[0078] ns-核主栗的比轉(zhuǎn)速；
[0079] 10)對外圓規(guī)則的導(dǎo)葉葉片進(jìn)行反螺旋線切割，切割反螺旋線由以下公式確定：
[0080] R0 =1.83/^, ~0.83/V/'l4，；
[0081] 其中：θΕ(〇 ~1.93T)
[0082] Re-核主栗導(dǎo)葉以一個葉片為0°起點(diǎn)的Θ角所對應(yīng)的反螺旋線半徑，mm;
[0083] R3一核主栗導(dǎo)葉出口半徑，mm;
[0084] kw-對數(shù)螺旋線系數(shù)，kwE (0.02~0.04);
[0085] Θ-以一個葉片為〇°起點(diǎn)旋轉(zhuǎn)給定的不同的角度，弧度；
[0086] 根據(jù)切割反螺旋線公式確定的幾何型線，對核主栗導(dǎo)葉葉片進(jìn)行反螺旋線切割， 葉片外徑發(fā)生變化，其中外徑最大的葉片出口邊安裝時靠近蝸殼隔舌位置。
[0087] 根據(jù)本發(fā)明所述設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的導(dǎo)葉主要由前蓋板、葉片和后蓋