气液两相流核主泵叶轮不等扬程水力设计方法技术

本发明专利技术涉及一种气液两相流核主泵叶轮不等扬程水力设计方法。其特征是在叶片出口的前盖板的无限叶片理论扬程大于后盖板的无限叶片理论扬程时，叶轮出口前盖板有限叶片理论扬程与后盖板有限叶片理论扬程相等，在计算无限叶片理论扬程时考虑了气液混合介质，并通过一定的约束条件来调节叶轮主要几何参数，以满足核主泵叶轮设计要求。用本发明专利技术设计的叶轮能够提高核主泵叶轮的气液混输能力。因此，可保证失水事故工况下核主泵的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别涉及一种叶片出口的前盖板的无限叶片理论扬程大于后盖板的无限叶片理论扬程时，叶轮出口前后盖板有限叶片理论扬程相等的。
技术介绍
80年代以来，原子能反应堆的安全问题，引起了人们的高度重视，从而推动了气液两相泵的研究。当反应堆内出现冷却液泄漏时，随着冷却系统内压力的降低，冷却液开始沸腾，从而使冷却泵在气液两相流状态下运动。目前对气液两相流泵尚没有成熟的设计方法，还不能想清水泵那样根据给定的流量、扬程、转速等参数即能较可靠地进行设计。对气液两相流泵的主要要求是提高其所能输送的介质的气液混合比。传统叶轮设计方法预先假定，为了避免有害的流动，对叶轮内所有的流线来说，理论扬程应为同一数值。同时认为，在整个出口边上出口安放角的值保持不变。每一条流线的静矩不相同，由此可以得出，修正系数也是变化的，每一条流线的速度也不同，也就是说，出口边对转轴而言，并不是如假设那样平行的。改变给定流线的静矩，也就是改变流线的长度，可以在某种程度上修正减功系数，但此时的可能性是有限的。一般应将位于叶轮叶片前壁的流线予以加长，但这对叶轮进口叶间流道形状有不良影响。改变修正系数，虽然也可以达到恒定的速度，但这时必须改变叶片出口安放角沿叶片出口边不变的假定，这样确定出口边位置比较困难。当比转数\ < 250时，出口边一般是一根直线，如果争取使出口边与流线近似成直角，则应使出口边成凹状。当比转数ns>250时，为了在某种程度上改善叶片间流道的形状，可将流线相对于叶轮壁移动，此时出口边就不再能保持与转轴平行，即采取了将叶轮流出边倾斜布置的方法。随着比转数的增大，倾角也增大，这时采用不等的叶轮出口直径，即后盖板的叶轮出口直径小于前盖板叶轮出口直径，可以减小叶轮出口的回流区，降低水动力损失，使特性曲线在小流量区扬程升高。由于叶轮中不同流线的静矩、曲率半径、出口边位置的不同，会导致按无穷叶片数等扬程设计的叶轮，在叶片出口处的扬程(Ht)不等，造成出口边流动紊乱，降低泵效率。
技术实现思路
为了克服现有核主泵叶轮设计方法的不足，本专利技术提供一种，采用本专利技术设计的叶轮可以对叶轮的几何参数进行调节，达到核主泵的设计性能曲线与要求的性能曲线重合的效果。本专利技术首次提出了。通过对传统离心泵水力设计方法的研究发现，传统离心泵水力设计方法会导致叶轮叶片出口处流动不理想，本专利技术首次采用不等扬程法，并考虑了失水事故时核主泵输送气液两相介质，进行核主泵水力设计，提高核主泵的气液混输输送能力，确保核反应堆的安全稳定运行。本专利技术的技术方案:由于叶轮中每条流线是有差异的，这个差异将导致叶轮中各流线的滑移系数U不等，而认为无限叶片理论扬程Htoo相等，实际叶轮中各流线的有限叶片理论扬程Ht是不等的。在离心泵水力设计时，叶轮中各流线有限叶片理论扬程Ht相等时所产生的水力损失最小，这样的水力设计才是最佳的设计结果。基于上述设计理论，本专利技术从无限叶片理论扬程Ht 不等的前提出发，通过修改叶轮几何参数，以调整滑移系数，使有限叶片理论扬程Ht相等，达到采用不等扬程方法对核主泵叶轮进行水力设计的目的。不等扬程水力设计基本方法是:由有限叶片数理论扬程Ht基本公式可知，Ht受D1、D2、P 1、P 2、n等参数影响，但这是在未考虑离心力作用使得液体沿前盖板流动时会产生脱流现象时得出的。若考虑流体粘性、前盖板的脱流现象以及叶片出口的射流-尾迹结构等因素，则Ht还将受bp b2、ns等几何参数的影响。Ht与Htoo的关系是通过滑移系数建立起来的，但现有离心泵滑移系数公式均是按轴面流道中线(即平均值)进行计算，未考虑各流线的实际流动不同所产生的影响。因此，需首先建立一个可以对各流线的滑移系数分别计算的公式。 实际工程设计中，将离心泵叶轮分成2 3条流线进行设计，本专利技术中采用叶片出口处的无穷叶片数理论扬程直线形分布，中流线扬程为前后盖板扬程的平均值。因此，在下面的讨论中仅计算前后盖板扬程。综合比较现有滑移系数公式，由于Stirling公式考虑了粘性的影响，因此建立滑移系数公式是在Stirling公式基础上进行改进的，考虑前后盖板滑移系数不同，则有Stirling(1983年)提出如下公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
气液两相流核主泵叶轮不等扬程水力设计方法，根据对核主泵性能满足最优效率工况的流量QBEP，最优效率工况的扬程HBEP，叶轮转速n的要求。其特征是在叶片出口的前盖板的无限叶片理论扬程大于后盖板的无限叶片理论扬程时，叶轮出口前盖板有限叶片理论扬程与后盖板有限叶片理论扬程相等，并考虑了失水事故时核主泵输送气液两相介质，并通过以下公式和约束条件来调节叶轮主要几何参数，以满足离心泵叶轮设计要求。 φ = 2 πR 2 ZL R b 2 b 1 [ sin β 2 - R 1 R 2 sin β 2 ] - - - ( 3 ) Hth∞a＝[(1‑x2)Vu2lau2a‑(1‑x1)Vu1lau1a+x2Vu2gau2a‑x1Vu1gau1a]/g前盖板Hth∞a＝[(1‑x2)Vu2lbu2b‑(1‑x1)Vu1lbu1b+x2Vu2gbu2b‑x1Vu1gbu1b]/g后盖板(4) H ta = μ a H t ∞ a H tb = μ b H t ∞ b - - - ( 5 ) Hta∞＞Htb∞          (6)Hta＝Htb         (7)约束条件：25°＜β2＜60°          (8) 0.537 ( n s 100 ) 5 / 6 Q n 3 < b 2 < 0.815 ( n s 100 ) 5 / 6 Q n 3 - - - ( 9 ) 8 ( ...

【技术特征摘要】
1.气液两相流核主泵叶轮不等扬程水力设计方法，根据对核主泵性能满足最优效率工况的流量Qbep，最优效率工况的扬程Hbep，叶轮转速n的要求。其特征是在叶片出口的前盖板的无限叶片理论扬程大于后盖板的无限叶片理论扬程时，叶轮出口前盖板有限叶片理论扬程与后盖板有限叶片理论扬程相等，并考虑了失水事故时核主泵输送气液两相介质，并通过以下公式和约束条件来调节叶轮主要几何参数，以满足离心泵叶轮设计要求。2.如权利要求书I所述的气液两相流核主泵叶轮不等扬程水力设计方法，其特征是在Hta.> Htboo时，Hta = Htb叶轮中所产生的水力损失最小，这样的水力设计才是最佳的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣生，付强，龙云，王秀礼，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32