【摘要】：目前我國(guó)在引進(jìn)AP1000核主泵基礎(chǔ)上開(kāi)展自主的CAP1400大功率屏蔽電機(jī)主泵研制,水力部件必須進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)和針對(duì)性的研究。CAP1400核主泵要求水力部件的效率高于85%以減小電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)尺寸;要求葉輪上的水力軸向力小于230000N以滿(mǎn)足電機(jī)內(nèi)水潤(rùn)滑推力軸承的承載能力,且不能采取平衡措施;在這兩項(xiàng)性能要求基礎(chǔ)上要盡可能降低水力部件內(nèi)非定常水力脈動(dòng),以滿(mǎn)足期望的長(zhǎng)周期安全使役。同時(shí)水力部件的設(shè)計(jì)需在壓水室結(jié)構(gòu)和尺寸給定、導(dǎo)葉外徑限定、安裝位置要求和不同葉輪加工要求的多重約束下進(jìn)行。針對(duì)CAP1400核主泵的三個(gè)關(guān)鍵水力性能:效率、軸向力和水力脈動(dòng),首先建立縮尺水力模型,采用數(shù)值研究和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,針對(duì)性的研究了多重約束下核主泵葉輪-導(dǎo)葉的形性相關(guān)性,揭示了葉片積疊、軸面流道和葉片數(shù)等幾何參數(shù)對(duì)效率和軸向力的影響規(guī)律;確立了一種新的葉輪-導(dǎo)葉協(xié)同優(yōu)化策略,建立了考慮出水邊影響的軸向力修正公式,提出了限制條件下高效低軸向力葉輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)了核主泵水力部件的高效低軸向力設(shè)計(jì):在高效和低軸向力基礎(chǔ)上,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種非對(duì)稱(chēng)軸面流道錯(cuò)列葉片,并開(kāi)展了錯(cuò)列葉片下壓力脈動(dòng)和非定常徑向力的研究,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了核主泵水力部件的低脈動(dòng)設(shè)計(jì);最終完成了模型泵的設(shè)計(jì)、制造和相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明:葉輪葉片正傾角積疊規(guī)律有利于提高效率,5葉片葉輪能夠在同時(shí)滿(mǎn)足不同加工要求下提升效率。高效葉輪出水邊主要幾何特征為:大出口寬度、小葉輪外徑。高效導(dǎo)葉葉輪出口寬度比應(yīng)朝著增大的方向優(yōu)化設(shè)計(jì),高效導(dǎo)葉葉輪出口外徑比同樣應(yīng)朝著增大的方向優(yōu)化設(shè)計(jì);在安裝限制下半喇叭型導(dǎo)葉設(shè)計(jì)有利于提高效率。葉輪出水邊前后蓋板直徑比對(duì)軸向力影響大,適當(dāng)減小前后蓋板直徑比在滿(mǎn)足高效的前提下有利于降低軸向力,通過(guò)前后蓋板直徑比修正的軸向力計(jì)算公式與CFD計(jì)算相符合。高效低軸向力下葉輪出水邊的幾何參數(shù)應(yīng)該按照適當(dāng)增加比轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行計(jì)算。葉輪進(jìn)口直徑在兼顧效率和軸向力下存在一個(gè)合理的取值。積疊傾角對(duì)壓力脈動(dòng)的影響均較弱。錯(cuò)列葉片葉輪能夠明顯降低壓力脈動(dòng),等流量等角度錯(cuò)列最優(yōu);錯(cuò)列葉片導(dǎo)葉能夠有效減小徑向力,同樣等流量等角度錯(cuò)列最優(yōu)。通過(guò)研究給出了葉輪和導(dǎo)葉設(shè)計(jì)方案。1:2.5縮尺模型最終方案的效率為84.9%,換算到真機(jī)熱態(tài)效率高于88%,真機(jī)換算的軸向力為190000N;性能滿(mǎn)足CAP1400核主泵水力設(shè)計(jì)要求,被選定為CAP1400核主泵水力部件兩套設(shè)計(jì)方案之一。
【圖文】：

核電站按照反應(yīng)堆的不同分為壓水堆、沸水堆、重水堆、快中子增殖堆等等。核發(fā)展到了第四代技術(shù)，但多是實(shí)驗(yàn)堆和小型堆，目前大規(guī)模商用化核電的主流是代壓水堆Ｉ１１】，比較成熟的技術(shù)是美國(guó)西屋公司的非能動(dòng)先進(jìn)壓水堆ＡＰ１０００和強(qiáng)化統(tǒng)設(shè)計(jì)的法國(guó)法馬通ＥＰＲ。由于ＡＰ１０００非能動(dòng)設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)性，我國(guó)通過(guò)與氣合作，由國(guó)家電力投資集團(tuán)公司引進(jìn)并且己經(jīng)開(kāi)始建造世界首臺(tái)ＡＰ１０００機(jī)組Ｉ１圖１．２為我國(guó)引進(jìn)的ＡＰ１０００核島一回路示意圖１１４１。每個(gè)反應(yīng)堆配有兩臺(tái)蒸汽發(fā)

（ｆｆｌＷ邐．邋Ａ逡逑圖１．１核電站基本結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｂａｓｉｃ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｎｕｃｌｅａｒ邋ｐｏｗｅｒ邋ｐｌａｎｔ逡逑核電站按照反應(yīng)堆的不同分為壓水堆、沸水堆、重水堆、快中子增殖堆等等。核電逡逑己經(jīng)發(fā)展到了第四代技術(shù)，但多是實(shí)驗(yàn)堆和小型堆，目前大規(guī)模商用化核電的主流是第逡逑三代壓水堆Ｉ１１】，比較成熟的技術(shù)是美國(guó)西屋公司的非能動(dòng)先進(jìn)壓水堆ＡＰ１０００和強(qiáng)化安逡逑全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的法國(guó)法馬通ＥＰＲ。由于ＡＰ１０００非能動(dòng)設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)性，，我國(guó)通過(guò)與西逡逑屋電氣合作，由國(guó)家電力投資集團(tuán)公司引進(jìn)并且己經(jīng)開(kāi)始建造世界首臺(tái)ＡＰ１０００機(jī)組Ｉ１２，逡逑１３１。圖１．２為我國(guó)引進(jìn)的ＡＰ１０００核島一回路示意圖１１４１。每個(gè)反應(yīng)堆配有兩臺(tái)蒸汽發(fā)生逡逑１逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TM623.4

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本文編號(hào)：2676854