一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103742446 A (43)申请公布日 2014.04.23 CN 103742446 A (21)申请号 201310744792.9 (22)申请日 2013.12.31 F04D 29/22(2006.01) (71)申请人江苏大学地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301 号江苏大学知识产权中心 (72)发明人王秀礼陈宗良付强 (54) 发明名称一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法 (57) 摘要本发明涉及一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法，特别涉及一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法。叶轮相对于基圆中。

2、心偏心放置。本发明利用以下几个关系式来确定叶轮压水室的主要几何参数和径向力轴向力的计算公式，主要包括：压水室基圆直径、压水室进口宽度、压水室截面圆弧段半径、压水室截面直线段高度、扩散管对应角、偏心角、叶轮偏心距 e、径向力、轴向力 T 等。本发明在实践中可以很好地抵消一部分径向力，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。 (51)Int.Cl. 权利要求书 4 页说明书 6 页附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书4页说明书6页附图1页 (10)申请公布号 CN 103742。

3、446 A CN 103742446 A 1/4 页 2 1. 一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法，其特征在于，叶轮偏心放置核主泵结构参数与不同工况点性能参数之间通过以下关系确定：式中：最优效率工况点径向力， N ；最优效率工况点比转速；最优效率工况点流量，/；最优效率工况点扬程， m ；按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径， mm; 传统设计方法的第 i 个工况点径向力， N; 第 i 个工况点要求的径向力和传统设计的差值， N ；核主泵转速，；叶轮外径， mm ；叶轮出口宽度， mm ；工作介质密度，；重力加速度，；偏心修正系数，取；核主泵。

4、径向力气液两相修正系数，取；权利要求书 CN 103742446 A 2 2/4 页 3 一回路内冷却液含气率， % ；核主泵扬程， m; 核主泵叶轮外径， mm ；包括盖板的叶轮出口宽度， mm ；压水室基圆直径式中：压水室基圆直径， mm ；叶轮外径， mm ；压水室进口宽度式中：压水室进口宽度， mm; 叶轮出口宽度， mm ；（4）压水室截面形状式中：压水室截面面积，；核主泵流量，/; 压水室断面平均流速， m/s; 速度系数，取，比转速较大者取小值；重力加速度，；核主泵扬程， m; 压水室直线段高度， mm; 压水室截面圆弧段半径。

5、， mm ；（5）扩散管对应角权利要求书 CN 103742446 A 3 3/4 页 4 式中：扩散管对应角，；（6）偏心角式中：偏心角，；扩散管对应角，；（7）偏心距 e 的确定：式中：叶轮偏心距， mm ；压水室基圆直径， mm ；叶轮外径， mm ；轴向力轴向力由实验测量得到，其满足以下公式：式中 : 轴向力， N ；工质流动产生的轴向力， N ；核主泵轴向力气液两相修正参数，取; 一回路内冷却液含气率， % ；系数，当比转速在 220440 之间，取=0.80.9 ；工作介质密度，；重力加速度，；核主泵扬。

6、程， m; 叶轮密封环半径， mm ；叶轮轮毂半径， mm ；权利要求书 CN 103742446 A 4 4/4 页 5 叶轮立式布置产生的轴向力， N ；叶轮重力， N ；叶轮流道内工质重力， N。权利要求书 CN 103742446 A 5 1/6 页 6 一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法技术领域 0001 本发明涉及一种叶轮偏心放置核主泵设计方法，特别涉及一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法。背景技术 0002 核电站风险研究表明，堆芯烧毁是导致核电站向外排放放射性物质的最主要原因之一，而核电站失水事故导致的堆芯烧毁的概率又占所有。

7、导致堆芯烧毁概率的50%。在整个失水事故中，整个一回路压力降低，部分冷却液闪蒸成气体，从而使一回路冷却剂处在气液两相状态。当一回路处于气液两相状态时，流动极不均匀而使核主泵强力震动。尤其是小破口失水事故更应引起警醒。，因而基于气液两相水力设计和优化方法的核主泵水力设计方法尤为重要。发明内容 0003 为解决上述问题，本发明提供了一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法。通过采用本发明设计的叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法，可以很好地抵消一部分径向力，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。 0004 实现上述目的所采用的技术方。

8、案是 : 叶轮偏心放置核主泵主要结构参数与不同工况点性能参数之间适合以下几个等式的关系：（1）式中：最优效率工况点径向力， N ；说明书 CN 103742446 A 6 2/6 页 7 最优效率工况点比转速；最优效率工况点流量，/；最优效率工况点扬程， m ；按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径， mm; 传统设计方法的第 i 个工况点径向力， N; 第 i 个工况点要求的径向力和传统设计的差值， N ；核主泵转速，；叶轮外径， mm ；叶轮出口宽度， mm ；工作介质密度，；重力加速度，；偏心修正系数，取；核主泵径向力气液两相修正系数，取；一。

9、回路内冷却液含气率， % ；核主泵扬程， m; 核主泵叶轮外径， mm ；包括盖板的叶轮出口宽度， mm。 0005 （2）压水室基圆直径式中：压水室基圆直径， mm ；叶轮外径， mm。 0006 （3）压水室进口宽度式中：压水室进口宽度， mm; 叶轮出口宽度， mm。 0007 （4）压水室截面形状说明书 CN 103742446 A 7 3/6 页 8 式中：压水室截面面积，；核主泵流量，/; 压水室断面平均流速， m/s; 速度系数，取，比转速较大者取小值；重力加速度，；核主泵扬程， m; 压水室直线段高度， mm; 压水室截面圆弧段半径，。

10、 mm。 0008 （5）扩散管对应角式中：扩散管对应角，。 0009 （6）偏心角式中：偏心角，；扩散管对应角，。 0010 （7）偏心距 e 的确定：式中：叶轮偏心距， mm ；压水室基圆直径， mm ；叶轮外径， mm。 0011 （8）轴向力轴向力可由实验测量得到，其满足以下公式：说明书 CN 103742446 A 8 4/6 页 9 式中 : 轴向力， N ；工质流动产生的轴向力， N ；核主泵轴向力气液两相修正参数，取; 一回路内冷却液含气率， % ；系数，当比转速在 220440 之间，取=0.80.9 ；工作介。

11、质密度，；重力加速度，；核主泵扬程， m; 叶轮密封环半径， mm ；叶轮轮毂半径， mm ；叶轮立式布置产生的轴向力， N ；叶轮重力， N ；叶轮流道内工质重力， N。 0012 根据以上步骤，我们可以得到一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法。 0013 本发明的有益效果是：通过采用本发明设计的叶轮偏心放置的方法而制造的核主泵，可以很好地抵消一部分径向力，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。附图说明 0014 图 1 是本发明一个实施例的叶轮压水室简图。 0015 图 2 是本发明一个实施例的压水室水力图。 0016 图 3 。

12、是本发明一个实施例的叶轮轴面投影图。 0017 图 4 是本发明一个实施例的压水室截面图。 0018 图中： 1. 压水室基圆直径， 2. 叶轮外径D2， 3. 包括盖板的叶轮出口宽度， 4. 叶轮密封环半径， 5. 叶轮轮毂半径， 6. 叶轮偏心距 e， 7. 扩散管对应角， 8. 偏心角， 9. 压水室进口宽度， 10. 压水室截面圆弧段半径， 11. 压水室截面直线段高度说明书 CN 103742446 A 9 5/6 页 10 。具体实施方式 0019 图 1、图 2 和图 3 共同确定了这个实施例的叶轮压水室形状，叶轮相对于基圆中心偏心放置。本实施例在实践中可以很好。

13、地抵消一部分径向力，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。本发明利用以下几个关系式来确定叶轮压水室的主要几何参数和径向力轴向力的计算公式，主要包括：压水室基圆直径、压水室进口宽度、压水室截面圆弧段半径、压水室截面直线段高度、扩散管对应角、偏心角、叶轮偏心距 e、径向力、轴向力 T 等。此处以 AP1000 核主泵为例说明：主要参数流量 Q ： 17886、扬程 H ： 111.3m、转速 1750。含气率分别为 5%、 10%、 15%。 0020 关系式如下： =710mm =126mm =1230mm =188mm =0.252 =16.7m/s 45mm 通过采用本发明设计的叶轮偏心放置的方法而制造的核主泵，可以很好地抵消一部分说明书 CN 103742446 A 10 6/6 页 11 径向力，约为 30% 左右，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。 0021 以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其他实施例或变形例。说明书 CN 103742446 A 11 1/1 页 12 图 1 图 2 图 3 图 4 说明书附图 CN 103742446 A 12 。

摘要
申请专利号：	CN201310744792.9	申请日：	2013.12.31
公开号：	CN103742446A	公开日：	2014.04.23
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	专利实施许可合同备案的生效IPC(主分类):F04D 29/22合同备案号:2017320000041让与人:江苏大学受让人:江苏源泉泵业有限公司发明名称:一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法申请日:20131231申请公布日:20140423授权公告日:20160914许可种类:独占许可备案日期:20170307\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):F04D 29/22申请日:20131231\|\|\|公开
IPC分类号：	F04D29/22	主分类号：	F04D29/22
申请人：	江苏大学
发明人：	王秀礼; 陈宗良; 付强
地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号江苏大学知识产权中心
优先权：
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内容摘要

本发明涉及一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法，特别涉及一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法。叶轮相对于基圆中心偏心放置。本发明利用以下几个关系式来确定叶轮压水室的主要几何参数和径向力轴向力的计算公式，主要包括：压水室基圆直径、压水室进口宽度、压水室截面圆弧段半径、压水室截面直线段高度、扩散管对应角、偏心角、叶轮偏心距e、径向力、轴向力T等。本发明在实践中可以很好地抵消一部分径向力，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。

权利要求书

权利要求书
1.   一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法，其特征在于，叶轮偏心放置核主泵结构参数与不同工况点性能参数之间通过以下关系确定：






      式中：—最优效率工况点径向力，N；
            —最优效率工况点比转速；
            —最优效率工况点流量，/；
            —最优效率工况点扬程，m；
            —按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径，mm;
            —传统设计方法的第i个工况点径向力，N;
            —第i个工况点要求的径向力和传统设计的差值，N；
            —核主泵转速，；
            —叶轮外径，mm；
            —叶轮出口宽度，mm；
        —工作介质密度，；
        —重力加速度，；
        —偏心修正系数，取；
        —核主泵径向力气液两相修正系数，取；
        —一回路内冷却液含气率，%；
        —核主泵扬程，m;
        —核主泵叶轮外径，mm；
        —包括盖板的叶轮出口宽度，mm；
压水室基圆直径

式中：—压水室基圆直径，mm；
       —叶轮外径，mm；
压水室进口宽度

        式中：—压水室进口宽度，mm;
              —叶轮出口宽度，mm；
  （4）压水室截面形状



      式中：—压水室截面面积，；
            —核主泵流量，/;
            —压水室断面平均流速，m/s;
            —速度系数，取，比转速较大者取小值；
        —重力加速度，；
        —核主泵扬程，m;
        —压水室直线段高度，mm;
        —压水室截面圆弧段半径，mm；
（5）扩散管对应角

      式中：—扩散管对应角，；
  （6）偏心角

     式中：—偏心角，；
          —扩散管对应角，；
（7）偏心距e的确定：

式中：
—叶轮偏心距，mm；
—压水室基圆直径，mm；
—叶轮外径，mm；
轴向力
    轴向力由实验测量得到，其满足以下公式：

式中:
—轴向力，N；
—工质流动产生的轴向力，N；
—核主泵轴向力气液两相修正参数，取;
—一回路内冷却液含气率，%；
—系数，当比转速在220~440之间，取=0.8~0.9；
—工作介质密度，；
—重力加速度，；
—核主泵扬程，m;
—叶轮密封环半径，mm；
—叶轮轮毂半径，mm；
—叶轮立式布置产生的轴向力，N；
—叶轮重力，N；
—叶轮流道内工质重力，N。

说明书

说明书一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法
技术领域
本发明涉及一种叶轮偏心放置核主泵设计方法，特别涉及一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法。
背景技术
核电站风险研究表明，堆芯烧毁是导致核电站向外排放放射性物质的最主要原因之一，而核电站失水事故导致的堆芯烧毁的概率又占所有导致堆芯烧毁概率的50%。在整个失水事故中，整个一回路压力降低，部分冷却液闪蒸成气体，从而使一回路冷却剂处在气液两相状态。当一回路处于气液两相状态时，流动极不均匀而使核主泵强力震动。尤其是小破口失水事故更应引起警醒。，因而基于气液两相水力设计和优化方法的核主泵水力设计方法尤为重要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法。通过采用本发明设计的叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法，可以很好地抵消一部分径向力，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。
实现上述目的所采用的技术方案是:
叶轮偏心放置核主泵主要结构参数与不同工况点性能参数之间适合以下几个等式的关系：
（1）





      式中：—最优效率工况点径向力，N；
            —最优效率工况点比转速；
            —最优效率工况点流量，/；
            —最优效率工况点扬程，m；
            —按速度系数法设计的最优效率工况点叶轮外径，mm;
            —传统设计方法的第i个工况点径向力，N;
            —第i个工况点要求的径向力和传统设计的差值，N；
            —核主泵转速，；
            —叶轮外径，mm；
            —叶轮出口宽度，mm；
        —工作介质密度，；
        —重力加速度，；
        —偏心修正系数，取；
        —核主泵径向力气液两相修正系数，取；
        —一回路内冷却液含气率，%；
        —核主泵扬程，m;
        —核主泵叶轮外径，mm；
        —包括盖板的叶轮出口宽度，mm。
（2）压水室基圆直径

式中：—压水室基圆直径，mm；
       —叶轮外径，mm。
（3）压水室进口宽度

        式中：—压水室进口宽度，mm;
              —叶轮出口宽度，mm。
  （4）压水室截面形状



      式中：—压水室截面面积，；
            —核主泵流量，/;
            —压水室断面平均流速，m/s;
            —速度系数，取，比转速较大者取小值；
        —重力加速度，；
        —核主泵扬程，m;
        —压水室直线段高度，mm;
        —压水室截面圆弧段半径，mm。
（5）扩散管对应角

      式中：—扩散管对应角，。
  （6）偏心角

     式中：—偏心角，；
          —扩散管对应角，。
（7）偏心距e的确定：

式中：
—叶轮偏心距，mm；
—压水室基圆直径，mm；
—叶轮外径，mm。
（8）轴向力
    轴向力可由实验测量得到，其满足以下公式：

式中:
—轴向力，N；
—工质流动产生的轴向力，N；
—核主泵轴向力气液两相修正参数，取;
—一回路内冷却液含气率，%；
—系数，当比转速在220~440之间，取=0.8~0.9；
—工作介质密度，；
—重力加速度，；
—核主泵扬程，m;
—叶轮密封环半径，mm；
—叶轮轮毂半径，mm；
—叶轮立式布置产生的轴向力，N；
—叶轮重力，N；
—叶轮流道内工质重力，N。
根据以上步骤，我们可以得到一种叶轮偏心放置核主泵气液两相水力设计方法。
本发明的有益效果是：通过采用本发明设计的叶轮偏心放置的方法而制造的核主泵，可以很好地抵消一部分径向力，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。
附图说明
图1是本发明一个实施例的叶轮压水室简图。
图2是本发明一个实施例的压水室水力图。
图3是本发明一个实施例的叶轮轴面投影图。
图4是本发明一个实施例的压水室截面图。
图中：1.压水室基圆直径，2.叶轮外径D2，3.包括盖板的叶轮出口宽度，4.叶轮密封环半径，5.叶轮轮毂半径，6.叶轮偏心距e，7.扩散管对应角，8.偏心角，9.压水室进口宽度，10.压水室截面圆弧段半径，11.压水室截面直线段高度。
具体实施方式
图1、图2和图3共同确定了这个实施例的叶轮压水室形状，叶轮相对于基圆中心偏心放置。本实施例在实践中可以很好地抵消一部分径向力，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。本发明利用以下几个关系式来确定叶轮压水室的主要几何参数和径向力轴向力的计算公式，主要包括：压水室基圆直径、压水室进口宽度、压水室截面圆弧段半径、压水室截面直线段高度、扩散管对应角、偏心角、叶轮偏心距e、径向力、轴向力T等。此处以AP1000核主泵为例说明：主要参数流量Q：17886、扬程H：111.3m、转速1750。含气率分别为5%、10%、15%。
关系式如下：




       =710mm
       =126mm
   =1230mm
       =188mm
       =0.252
       =16.7m/s


  45mm
通过采用本发明设计的叶轮偏心放置的方法而制造的核主泵，可以很好地抵消一部分径向力，约为30%左右，使核主泵能更好抵御小破口失水事故的危害，满足核主泵的安全性要求。
以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其他实施例或变形例。