核主泵內(nèi)部流動及軸向力數(shù)值研究.pdf

1、核主泵由于長期工作在高溫、高壓環(huán)境下，流體作用于葉輪上的軸向力高達(dá)上千牛頓，這將影響到核主泵的安全可靠運(yùn)行。在葉輪上開平衡孔并在后蓋板和泵體之間設(shè)置密封環(huán)能夠有效減小作用于葉輪上的軸向力。平衡孔將葉輪流道與后泵腔連通，該處的泄漏流體將在一定程度上對葉輪流道內(nèi)流體流動進(jìn)行干擾，影響葉輪流場分布，進(jìn)而對核主泵性能造成一定影響。本文以一臺葉輪帶平衡孔并設(shè)有后密封間隙結(jié)構(gòu)的離心式核主泵為研究對象，采用定常和非定常數(shù)值模擬的方法，對核主泵內(nèi)部流動

2、及軸向力特征進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對核主泵進(jìn)行全流場定常數(shù)值模擬，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比，額定工況下兩者誤差較小，說明本文采用的數(shù)值計(jì)算方法具有較高的可信度；定常數(shù)值模擬所得到的流場分布表明0.6Qopt時平衡孔及前密封環(huán)泄漏流體對葉輪入口及葉片入口局部區(qū)域流場的影響較明顯；對核主泵非定常數(shù)值模擬的結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，核主泵內(nèi)壓力脈動主要受動靜干涉和葉輪轉(zhuǎn)頻的影響；通過改變?nèi)~輪平衡孔直徑，研究了不同直徑平衡孔對核主

3、泵外特性曲線及對應(yīng)葉輪流道區(qū)域流場的影響，結(jié)果表明，隨著平衡孔直徑的增大，核主泵揚(yáng)程和效率均略微降低，軸功率幾乎無變化，泄漏流體對葉輪后蓋板側(cè)流體沖擊增大。⑵介紹了產(chǎn)生軸向力的主要原因和計(jì)算軸向力的方法，通過數(shù)值模擬的方法研究了0.8~1.2Qopt核主泵前后泵腔流體壓力分布規(guī)律。分析表明，前后泵腔內(nèi)壓力沿葉輪半徑增大方向均表現(xiàn)出增大趨勢；前泵腔內(nèi)流體流動與葉輪出口流體流動耦合性較強(qiáng)，不同周向位置的流體壓力變化較大；后泵腔內(nèi)流體壓力分布

4、較前泵腔均勻，按同心圓式壓力梯度分布。通過對前后泵腔內(nèi)徑向監(jiān)測點(diǎn)壓力數(shù)值進(jìn)行曲線擬合得到了0.8~1.2Qopt前后泵腔流體沿徑向的壓力分布函數(shù)，并分別得出了前后泵腔流體作用于葉輪蓋板上的軸向力積分公式。⑶通過改變平衡孔和后密封間隙幾何參數(shù)，分別研究了設(shè)計(jì)工況下平衡孔及間隙對核主泵后泵腔壓力分布及軸向力的影響。研究表明，間隙值及平衡孔直徑對后泵腔流體壓力分布和軸向力影響較大，間隙長度的影響較弱。隨著間隙值的增大，進(jìn)入后泵腔的流體壓力增大

5、，流體作用于后蓋板上的軸向力增大，總軸向力增大，間隙b=0.3mm時的軸向力較b=1.0mm時軸向力減小了9.552kN；隨著間隙長度的增大，進(jìn)入后泵腔的流體壓力減小，作用于后蓋板上的軸向力減小，總軸向力減小，間隙長度 l=26mm時的軸向力較 l=18mm時的軸向力減小了1.256kN；隨著平衡孔直徑的增大，進(jìn)入后泵腔的流體壓力減小，后泵腔內(nèi)平衡孔附近區(qū)域流體壓力減小，流體作用于后蓋板上的軸向力減小，總軸向力減小，平衡孔直徑d=5mm