[发明专利]一种具有非对称过渡段结构的核主泵模型设计方法

说明书

一种具有非对称过渡段结构的核主泵模型设计方法。以传统模型中出口段的入口端投影截面作为基准平面，以该基准平面的圆心作为原点建立直角坐标系，将传统模型中出口段的入口端的投影截面赋予预设长度尺寸系数和角度尺寸，分别使用四段圆弧曲线和三次拟合曲线函数模型共同构成完整的出口段入口端投影截面的轮廓线，再与压水室耦合产生有非对称过渡段结构的核主泵模型；本发明使核主泵出口及出口延长段内湍动能耗散情况得到改善。其生成的核主泵模型改善了机组的流动情况，进一步达到提高核主泵整机性能使流体流动更加符合实际情况。

技术领域

本发明涉及核主泵泵壳结构设计领域，尤其是一种具有非对称过渡段结构 的核主泵模型设计方法。

背景技术

核主泵是核岛内唯一的旋转部件，环形等截面压水室和出口段是主回路的 主要承压边界，需要在高温高压强辐射的环境中超长时间稳定运行。但是当前 的研究结果表明：传统环形等截面压水室左右两端流场严重不对称、出口段和 出口延长段压力分布梯度大、工质在流出出口段时紊乱，以及在出口段附近的 导叶出口和环形等截面压水室右侧工质的流动情况非常复杂，这对核主泵长期 稳定运行埋下极大隐患。

AP1000和CAP1400核主泵均采用对称式过渡段(如图1所示：传统模型 由环形等截面压水室、出口段2及出口延长段1以及安装于压水室内部的导叶 轮盘及固定于导叶轮盘上的导叶3和叶轮4组成，其中叶轮固定在导叶叶轮的 中心处，导叶以导叶轮盘的轴心为圆心绕旋转叶轮的外圆周固定于导叶轮盘上。 传统模型中出口段的入口端的投影截面为圆形，且左侧过渡段8与右侧过渡段7 关于中轴线对称，过渡段是由出口段和环形等截面压水室耦合而成的)，为改善 整级水力性能、内流场分布情况，研究人员提出采用仅改变出口段收缩角度、 过渡段采用不同倒圆角度等技术手段，讨论不同结构特性的对称过渡段对核主泵出口条件的影响，而考虑形性协同的新型核主泵非对称过渡段结构的设计思 路较为少见。

发明内容

本发明的目的是提供一种可使核主泵出口段和出口延长段内流体流动更加 均匀、流动更符合核主泵的形状特征，减轻压水室内流场因贯穿流动和循环流 动引起的流场非对称性，有效降低核主泵内的流动损失，提高核主泵的水力性 能和改善内流场的有非对称过渡段结构的核主泵模型设计方法。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案：一种具有非对称过渡段结构 的核主泵模型设计方法，包括由压水室、出口段以及安装于压水室内部的导叶 轮盘及固定于导叶轮盘上的导叶和叶轮组成的传统模型；其中，叶轮固定在导 叶叶轮的中心处，导叶以导叶轮盘的轴心为圆心绕旋转叶轮的外圆周固定于导 叶轮盘上；所述出口段与压水室之间的耦合处为过渡段；包括以下步骤：

S1、以传统模型中出口段的入口端投影截面作为基准平面，以该基准平面 的圆心作为原点建立直角坐标系；

S2、在基准平面上设定四段相互独立的圆弧曲线，该圆弧曲线分布于在直 角坐标系的上、下、左、右四个方向；每段圆弧曲线具有预设范围的圆心角及 弧长半径；

S3、根据每段圆弧曲线的两端点在直角坐标系中的位置确定每段圆弧曲线 的端点坐标，以及在端点处的斜率；

S4、在相邻的圆弧曲线之间利用拟合曲线进行连接，两段相邻圆弧曲线在 相邻一侧的端点为拟合曲线与圆弧曲线之间的连接点：将所述连接点的坐标及 该连接点的斜率作为约束条件，通过构建三次拟合曲线函数模型确定拟合曲线； 并使所述拟合曲线与相邻的圆弧曲线均相切，且切点为连接点，即得到具有非 对称结构的出口段入口投影截面；

S5、在保持传统模型中出口段的出口端投影截面形状的基础上，以步骤S4 得到的具有非对称结构的出口段入口投影截面作为出口段的入口端投影截面， 以传统模型中出口段的入口投影截面及出口投影截面的圆心连线作为基准线， 得到具有非对称过渡段结构的核主泵出口段；将具有非对称过渡段结构的核主 泵出口段与所述压水室耦合得到具有非对称过渡段结构的核主泵。