丁世瓊 楊 立

大連深藍(lán)泵業(yè)有限公司 遼寧 大連116031

1 前言

隨著我國核電事業(yè)的發(fā)展,中核集團(tuán)研發(fā)了具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電站——標(biāo)準(zhǔn)“華龍一號(hào)”(ACP1000),ACP1000設(shè)計(jì)全面平衡地貫徹了核電縱深防御設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)可靠性,對設(shè)備的安全性能要求更高。輔助給水泵為ACP1000中的二回路的重要安全設(shè)備,其功能是當(dāng)主給水管道斷裂時(shí),向二回路注入流量,保證二回路發(fā)生事故時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,從而提高系統(tǒng)的安全可靠性。輔助給水電動(dòng)泵的電源是由應(yīng)急狀態(tài)下啟動(dòng)的柴油機(jī)發(fā)電提供,發(fā)生事故時(shí),需要由柴油機(jī)啟動(dòng)的安全設(shè)備較多,分配給每臺(tái)設(shè)備的功率有所限制,因此輔助給水電動(dòng)泵在滿足性能的條件下,對泵組功率要求較高。本文采用非過載軸功率曲線的設(shè)計(jì)理念,即泵的軸功率有最大極值點(diǎn),非直線上升,滿足了輔助給水電動(dòng)泵的功率要求,避免了泵超功率的現(xiàn)象發(fā)生。

2 技術(shù)要求

輔助給水電動(dòng)泵需要滿足參數(shù)為:

流量(m3/h):0/25/135/180

揚(yáng)程(m):≤1660/——/1056～1119/≤700功率(k W):≤630

3 設(shè)計(jì)依據(jù)

所謂非過載功率特性是指功率有最大值,泵原動(dòng)機(jī)功率超過最大值,泵在全揚(yáng)程范圍運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)過載問題。欲實(shí)現(xiàn)這種功能特性,葉片角β2＜90°,通常使用的葉片角也都小于90°,但如果不是β2角很小,流量增加,泵揚(yáng)程

下降,不足以抵消流量增加,功率曲線仍然是不斷上升,到很大流量處才會(huì)出現(xiàn)最大值。只有選擇β2角很小時(shí),隨著流量增加,功率曲線才能出現(xiàn)最大值,而且只有功率最大值流量接近最高效率點(diǎn)流量,才有實(shí)用價(jià)值。

功率有最大值型離心泵葉片數(shù)與出口角的協(xié)調(diào)關(guān)系如下:

通過公式可以看出,出口角β2越小,葉片數(shù)越少。

4 設(shè)計(jì)分析

根據(jù)理論分析,葉片數(shù)盡量選取最小葉片數(shù),通常葉片數(shù)最少為3枚,因此葉片數(shù)為3,通過上述公式計(jì)算,出口角β2為13.5 °。

4.1 水力方案

葉輪外徑:320 mm

入口角:17.4 °～24.6 °

出口角:13.5 °

包角:203°

葉片數(shù):3

4.2 建立計(jì)算模型 對于此類階段式多級(jí)泵,為節(jié)約計(jì)算資源和提升計(jì)算效率,采用傳統(tǒng)的單段式分級(jí)或部分段式進(jìn)行分析,與真實(shí)流量情況存在一定的偏差,為了降低這種偏差,本次采用完整的水力建模形式,建立整個(gè)流場。

5 性能預(yù)測

采用CFD軟件進(jìn)行水力分析及性能預(yù)測。

5.1 流場分析

流線分布

5.2 性能預(yù)測 揚(yáng)程的預(yù)測公式為:

通過對計(jì)算數(shù)據(jù)的處理,可以得到葉輪葉片及兩側(cè)蓋板所受到的繞z軸的合力矩M?？梢酝ㄟ^下式來估算泵的水力效率:

式中,Q為葉輪進(jìn)口流量,m3/s;H即為以上估算的揚(yáng)程,m;M指葉輪所受的繞旋轉(zhuǎn)軸z軸的合力矩,N·m;ω指葉輪的轉(zhuǎn)速,rad/s。

通過揚(yáng)程預(yù)測,泵組性能結(jié)果:流量(m3/h):0/25/135/160/180

揚(yáng)程(m):1613.5 /1591.7 /1063.32/—/603.51功率(k W):—/557.43/599.10/625.4 /619.8

通過上述對泵內(nèi)過流部件的流場分析,可見泵內(nèi)流場設(shè)計(jì)比較合理,流體流動(dòng)順暢,首級(jí)葉輪和首級(jí)導(dǎo)葉、次級(jí)葉輪與次級(jí)導(dǎo)葉之間的匹配較好,流場中并沒有明顯的問題存在,水力性能預(yù)測表明,可以滿足參數(shù)要求,功率曲線在流量160 m3/h附近出現(xiàn)極值現(xiàn)象。

6 試驗(yàn)結(jié)果

采用開式試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行泵性能試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如下:(1)性能曲線

從功率曲線形式看:在流量155 m3/h時(shí),泵功率出現(xiàn)了極值現(xiàn)象。

(2)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

流量(m3/h):0/25/135/180

揚(yáng)程(m):1482.5 /1463.4 /1064.25/695.69

功率(k W):378.4 /423.5 /611.95/625.93

7 試驗(yàn)結(jié)果分析

從性能要求值、預(yù)測值及試驗(yàn)值數(shù)據(jù)可以看出:

(1)最終性能滿足產(chǎn)品參數(shù)要求,且出現(xiàn)功率極值,電機(jī)功率小于等于630 k W,泵組不會(huì)出現(xiàn)超功率的問題;

(2)流場仿真分析與實(shí)際試驗(yàn)誤差通常在5%～6%,小流量點(diǎn)揚(yáng)程偏差較大,可能由于葉片數(shù)少,導(dǎo)致實(shí)際回流損失增多。8結(jié)論

通過理論分析、仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證,采用非過載軸功率曲線的設(shè)計(jì)理念,可實(shí)現(xiàn)輔助給水電動(dòng)泵的功率限制要求,避免了泵超功率的現(xiàn)象發(fā)生,降低事故情況下的風(fēng)險(xiǎn),滿足了設(shè)計(jì)要求。