“华龙一号”辅助给水电动泵非过载轴功率曲线设计

丁世琼 杨 立

大连深蓝泵业有限公司 辽宁 大连116031

1 前言

随着我国核电事业的发展,中核集团研发了具有完整自主知识产权的三代压水堆核电站——标准“华龙一号”(ACP1000),ACP1000设计全面平衡地贯彻了核电纵深防御设计原则和设计可靠性,对设备的安全性能要求更高。辅助给水泵为ACP1000中的二回路的重要安全设备,其功能是当主给水管道断裂时,向二回路注入流量,保证二回路发生事故时系统运行的稳定性,从而提高系统的安全可靠性。辅助给水电动泵的电源是由应急状态下启动的柴油机发电提供,发生事故时,需要由柴油机启动的安全设备较多,分配给每台设备的功率有所限制,因此辅助给水电动泵在满足性能的条件下,对泵组功率要求较高。本文采用非过载轴功率曲线的设计理念,即泵的轴功率有最大极值点,非直线上升,满足了辅助给水电动泵的功率要求,避免了泵超功率的现象发生。

2 技术要求

辅助给水电动泵需要满足参数为:

流量(m3/h):0/25/135/180

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

3 设计依据

所谓非过载功率特性是指功率有最大值,泵原动机功率超过最大值,泵在全扬程范围运行不会出现过载问题。欲实现这种功能特性,叶片角β2＜90°,通常使用的叶片角也都小于90°,但如果不是β2角很小,流量增加,泵扬程

下降,不足以抵消流量增加,功率曲线仍然是不断上升,到很大流量处才会出现最大值。只有选择β2角很小时,随着流量增加,功率曲线才能出现最大值,而且只有功率最大值流量接近最高效率点流量,才有实用价值。

功率有最大值型离心泵叶片数与出口角的协调关系如下:

通过公式可以看出,出口角β2越小,叶片数越少。

4 设计分析

根据理论分析,叶片数尽量选取最小叶片数,通常叶片数最少为3枚,因此叶片数为3,通过上述公式计算,出口角β2为13.5 °。

4.1 水力方案

叶轮外径:320 mm

入口角:17.4 °～24.6 °

出口角:13.5 °

包角:203°

叶片数:3

4.2 建立计算模型 对于此类阶段式多级泵,为节约计算资源和提升计算效率,采用传统的单段式分级或部分段式进行分析,与真实流量情况存在一定的偏差,为了降低这种偏差,本次采用完整的水力建模形式,建立整个流场。

5 性能预测

采用CFD软件进行水力分析及性能预测。

5.1 流场分析

流线分布

5.2 性能预测 扬程的预测公式为:

通过对计算数据的处理,可以得到叶轮叶片及两侧盖板所受到的绕z轴的合力矩M。可以通过下式来估算泵的水力效率:

式中,Q为叶轮进口流量,m3/s;H即为以上估算的扬程,m;M指叶轮所受的绕旋转轴z轴的合力矩,N·m;ω指叶轮的转速,rad/s。

通过扬程预测,泵组性能结果:流量(m3/h):0/25/135/160/180

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

通过上述对泵内过流部件的流场分析,可见泵内流场设计比较合理,流体流动顺畅,首级叶轮和首级导叶、次级叶轮与次级导叶之间的匹配较好,流场中并没有明显的问题存在,水力性能预测表明,可以满足参数要求,功率曲线在流量160 m3/h附近出现极值现象。

6 试验结果

采用开式试验台进行泵性能试验,试验结果如下:(1)性能曲线

从功率曲线形式看:在流量155 m3/h时,泵功率出现了极值现象。

(2)试验数据

流量(m3/h):0/25/135/180

扬程(m):1482.5 /1463.4 /1064.25/695.69

功率(k W):378.4 /423.5 /611.95/625.93

7 试验结果分析

从性能要求值、预测值及试验值数据可以看出:

(1)最终性能满足产品参数要求,且出现功率极值,电机功率小于等于630 k W,泵组不会出现超功率的问题;

(2)流场仿真分析与实际试验误差通常在5%～6%,小流量点扬程偏差较大,可能由于叶片数少,导致实际回流损失增多。8结论

通过理论分析、仿真分析与试验验证,采用非过载轴功率曲线的设计理念,可实现辅助给水电动泵的功率限制要求,避免了泵超功率的现象发生,降低事故情况下的风险,满足了设计要求。