一種核主泵的惰轉模型葉輪水力設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于流體機械領域，涉及一種核主栗葉輪的水力設計方法，特別涉及一種 核主栗的惰轉模型葉輪水力設計方法。
【背景技術】
[0002] 核主栗，又叫核反應堆冷卻劑栗，是反應堆冷卻劑系統的主要設備之一，它位于核 反應堆與蒸汽發生器之間，它的主要作用有以下幾個:在主系統充水時，主栗被用來趕氣； 在開堆前，為了達到開堆要求的溫度條件用主栗進行循環升溫;在反應堆正常運行時，把流 出蒸發器的冷卻劑重新送回反應堆加熱，確保一回路冷卻劑循環以冷卻堆芯。核主栗是核 島內部唯一旋轉的設備，被稱為核電站的心臟，是一回路的主要壓力邊界，它強調壓力邊界 的完整性和在特殊工況下的運行的可靠性。長時間安全穩定運行對冷卻堆芯和防止核電站 發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，導致 通過堆芯的冷卻劑流量突然減少，給反應堆的安全帶來威脅，為了保障核安全，使斷電事故 狀態下反應堆不至達到泡核沸騰狀態，通常要求核主栗有一定的轉動慣量，斷電后的核主 栗有一定的惰轉時間，使栗在斷電后的短時間內還提供足夠的慣性流量來排除反應堆產生 的熱量，為此，核主栗需要設置飛輪來增加栗轉子的轉動慣量。核主栗機組的轉動慣量主要 由飛輪提供，惰轉時間主要由飛輪的轉動慣量大小決定，同時也需要考慮葉輪的轉動慣量 對惰轉的影響。現階段，針對核主栗惰轉過程的研究主要集中在飛輪的轉動慣量對其的影 響，而葉輪轉動慣量的影響對其的影響研究甚少。因而，現階段所建立的核主栗惰轉模型忽 略了葉輪轉動慣量對惰轉過程的影響。
【發明內容】
[0003] 針對核主栗惰轉模型忽略葉輪轉動慣量對惰轉過程的影響，本發明提供一種核主 栗的惰轉模型葉輪水力設計方法。通過在設計核主栗葉輪過程中，同時考慮核主栗的葉輪 幾何參數對運行性能和葉輪轉動慣量的影響。核主栗斷電惰轉情況下，核主栗主要依靠機 組的轉動慣量來維持運轉，葉輪的結構參數大小不但影響葉輪內部流動并且影響葉輪的轉 動慣量分布，因而從葉輪結構參數大小來改善葉輪內部流動和機組的轉動慣量的分布來優 化惰轉過程，使惰轉的有效時間盡可能延長。
[0004] 實現上述目的所采用的技術方案是：
[0005] 1、飛輪的轉動慣量1〇,由以下公式確定：
[0006]
[0007]式中：
[0008] Ιο-飛輪轉動慣量，N.m;
[0009] m一飛輪的質量，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動慣量I，由以下公式確定：
[0013]
[0014] 式中：
[0015] I-機組轉動慣量，N.m;
[0016] Ιο-飛輪轉動慣量，N.m;
[0017] Do-葉輪進口直徑，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，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、核主栗葉輪進口直徑Do,由下式公式確定：
[0026]
[0027] 式中：
[0028] Do-葉輪進口直徑，m;
[0029] Ιο-飛輪轉動慣量，N.m;
[0030] Z-葉片數，枚；
[0031] η一轉速，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-葉輪進口直徑，m;
[0039] Ιο-飛輪轉動慣量，N.m;
[0040] Z 一葉片數，枚；
[0041] η一轉速，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-葉片數安放角的影響；
[0051 ] U2-葉輪出口速度，m/s;
[0052] η一轉速，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] 本發明的有益效果：
[0074] 本發明設計出的葉輪的主要參數既能很好的滿足正常運行下的性能，又能使葉輪 有較大的轉動慣量延長惰轉時間。
【附圖說明】
[0075] 圖1是本發明實施例的飛輪模型結構示意圖；
[0076] 圖2是本發明實施例的葉輪平面投影圖；
[0077] 圖3是本發明實施例的葉輪軸面投影圖；
[0078] 附圖標記說明：
[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]下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護范圍并 不限于此。
[0083] 設計要求：設計工況流量為17886m3/h，設計工況揚程為111.3m，轉速為1485rev/ s，g取10kg/m2，葉片數取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:飛輪的轉動慣量1〇:888.4N.m;整個核主栗的轉動慣量1:973. IN.m; 核主栗葉輪進口直徑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，為本發明參照實施例所做出的具體說明，但是本發明并不限于上述實施例， 也包含本發明構思范圍內的其它實施例或變形例。
【主權項】
1. 一種核主累的惰轉模型葉輪水力設計方法，其特征在于:整個核主累機組的轉動慣 量I由下式公式確定： 式中：I -機組轉動慣量，N. m; Ιο-飛輪轉動慣量，N.m; Do-葉輪進口直徑，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，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. 如權利要求1所述一種核主累的惰轉模型葉輪水力設計方法，其特征在于:飛輪的轉 動慣量1〇,由W下公式確定：式中： 1〇-飛輪轉動慣量，N.m; m-飛輪的質量，kg; r-飛輪外徑，m; dh一飛輪的軸徑，m。3. 如權利要求1所述一種核主累的惰轉模型葉輪水力設計方法，其特征在于:葉輪進口 直徑Do由下式公式確定：式中： Do-葉輪進口直徑，m; Ιο-飛輪轉動慣量，N.m; Z-葉片數，枚； η-轉速，rev/min; Q-流量，m3/s; Η-揚程，m; g-重力加速度，N/kg。4. 如權利要求1所述一種核主累的惰轉模型葉輪水力設計方法，其特征在于:葉輪出口 口直徑化由下式公式確定：式中： 化一葉輪進口直徑，m; Ιο-飛輪轉動慣量，N.m; Z-葉片數，枚； η-轉速，rev/min; Q-流量，m3/s; Η-揚程，m; g-重力加速度，N/kg。5. 如權利要求1所述一種核主累的惰轉模型葉輪水力設計方法，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-葉片數安放角的影響； 化一葉輪出口速度，m/s; η-轉速，rev/min; Q-流量，m3/s; Η-揚程，m; g-重力加速度，N/kg。6. 如權利要求1所述一種核主累的惰轉模型葉輪水力設計方法，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.如權利要求1所述一種核主累的惰轉模型葉輪水力設計方法，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】本發明屬于流體機械領域，具體公開了一種核主泵的惰轉模型葉輪水力設計方法。針對核主泵惰轉模型忽略葉輪轉動慣量對惰轉過程的影響，通過在設計核主泵葉輪過程中，同時考慮核主泵的葉輪幾何參數對運行性能和葉輪轉動慣量的影響。從而設計出的葉輪的主要參數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動慣量延長惰轉時間。
【IPC分類】F04D29/22, F04D29/24
【公開號】CN105545799
【申請號】CN201610008708
【發明人】王秀禮, 鐘華舟, 盧永剛, 王洋, 朱榮生
【申請人】江蘇大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月7日