[发明专利]一种紧凑型小堆主泵的泵壳水力设计及验证方法

说明书

本发明公开了种紧凑型小堆主泵的泵壳水力设计及验证方法，涉及非规则形状流道设计技术领域，包括步骤：步骤一.初步设计；步骤二.设计分析与优化；步骤三.试验验证。本发明采用CFD技术，对泵壳、导流筒、叶轮、导叶的内流场进行计算分析，形成相关压力分布图和速度矢量图；通过分析泵壳、导流筒、叶轮、导叶等流道内的压力分布及流速变化是否均匀、速度矢量分布是否合理，完成泵壳、叶轮、导叶等主泵水力部件的设计优化。

技术领域

本发明涉及非规则形状流道设计技术领域，具体为一种紧凑型小堆主泵的泵壳水力设计及验证方法。

背景技术

大型压水堆核电站中，主泵进、出口通常与其他主设备通过主管道或部分直圆管连接；而CAP200采用了紧凑型设计，取消主管道，主泵出口与RPV(压力容器)紧密相连，同时，泵壳与SG(蒸汽发生器)的水室封头集成在一起，水室封头与泵壳采用一体化锻件结构，主泵水力部件直接插入一体化封头结构内，主泵与水室封头内部流场强耦合。

由于水室封头与泵壳为一体化结构，叶轮进口流场可能存在较强烈的非稳态特性，从而对主泵的运行产生影响；主要潜在影响包括：叶轮叶片进口流动冲击导致叶轮水力效率下降；叶轮周向流量的不均匀性导致泵在运行中受到流致振动影响；叶轮进口的流场扰动传播至叶轮和导叶内部，引起泵内部压力脉动的上升；这些影响一方面可能会增加泵的能耗，另一方面对主泵运行的安全稳定性产生危害，影响核电系统的可运行性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑型小堆主泵的泵壳水力设计及验证方法，以解决上述背景技术中提出的泵的能耗增加等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种紧凑型小堆主泵的泵壳水力设计及验证方法，包括步骤：

步骤一.初步设计：确定主泵泵壳的原始水力尺寸；

步骤二.设计分析与优化：根据主泵泵壳的原始尺寸和主泵的性能参数，设计导流筒、叶轮和导叶水力部件的尺寸；

步骤三.试验验证：设计完成后，搭建专用的试验回路，对理论设计进行验证，该试验回路整个采用不锈钢钢管，流体介质为去离子水，试验分为内特性试验和外特性试验。

优选的，所述步骤二中设计过程中，对主泵泵壳和导流筒、叶轮和导叶进行耦合设计，耦合设计采用成熟的计算流体技术，对主泵泵壳、导流筒、叶轮和导叶的内流场进行计算分析。

优选的，所述计算分析过程为：利用软件工具对导流筒、叶轮和导叶进行建模，并利用软件工具对主泵泵壳进行网格划分，针对叶轮和导叶进行局部加密处理，采用软件工具对主泵泵壳进行数值计算。

优选的，计算形成主泵泵壳、导流筒、叶轮和导叶等过流部件的子午面静压分布图和速度矢量图，对过流部件进行多伦多轮迭代优化设计，确保过流部件的子午面上静压分布均匀，无涡流。

优选的，所述步骤三内特性试验中：采用PIV技术，将壳体做成可视化的结构形式，在待测流场内均匀地散布密度与流体相近的示踪粒子，通过相机捕捉粒子在激光照射下的图像，经过互相关处理得到流场速度矢量分布图；为了更充分地揭示壳体内部的流场动力学特性，采用双平面PIV布局进行测量；使用双路激光器呈垂直角度照射待测量区域，然后分别使用两台相机与激光平面垂直进行粒子图像的拍摄。

优选的，PIV试验时，将整个试验装置注满水，以保持与实际运行工况相一致；将第一标定板、第二标定板安放在后续激光平面所在位置，记录第一标定板、第二标定板的位置参数；调整相机镜头以及焦距，保证第一标定板、第二标定板充满整个相机画幅并且标定点目视清晰可见。

优选的，标定板的作用是复原相机模型的3D空间至2D空间的一一对应关系，建立空间坐标系和图像坐标系的函数映射；采用基于透视投影的投影方程用于标定图像的重建；在直角坐标下，X轴数值为X，Y轴数值为Y，透视投影表示为；