核电站三级循环给水混流泵数值模拟与试验分析

介绍了按照核电站冷却水循环泵的技术要求开发的核电站冷却水循环泵模型,给出了其结构方案;运用cfd方法设计开发了优秀的水力模型,并通过模型泵进行了验证测试;简要介绍了用于测试水力损失和观测流态的冷却水循环泵进水流道设计试验装置.验证测试的结果表明,该泵额定点效率达92%且高效区范围宽;泵运行噪声小,运行平稳;在额定工况点,设计的肘型进水流道水力损失小,仅为0.273m.该水力模型的综合指标达到了同类泵的先进水平,因此,我国核电站冷却水循环泵可实现国产化.

为了给新型开敞式混流泵的设计积累经验并为特殊出水流道结构设计提供方法,对具有不同出水机构的开敞式混流泵进行数值模拟,分析从小流量到最大流量下的内部流动和水力性能,提出适应特殊液压动力需求的开敞式出水机构方案。给出内部流动数值模拟和性能预测的方法,通过外特性预测结果与模型试验数据的比较,验证数值计算的可靠性。在模型分析基础上,针对轴向有导叶、轴向无导叶和径向无导叶等不同的开敞式出水结构形式。进行整机内部流动分析和外特性预测,对不同结果进行比较分析,给出不同出水机构对于特定结构和动力需求的适应性。

对cb80-65-125型船用冷却泵建立三维物理模型,采用fluent提供的标准k-ε模型,simplec算法,模拟分析了泵14个工况点的内部流场,预测出性能变化情况,与试验结果相比较,得出各个性能参数的误差值;分析了设计工况下叶片背面,工作面和z=0平面静压和相对速度分布情况。分析结果发现,cfd技术能够预测出扬程和效率的变化情况,流量在0.38q~q时结果比较准确,最佳工况点在1.2q,与试验结果误差较小。在0~0.38q及q~1.35q时模拟结果的误差比较大,但0~q内误差值在8%以内。静压和相对速度分布情况与理论相符。cfd技术在泵设计阶段初步预测其性能的优劣,为泵的设计提供理论依据。

利用有限元分析软件数值求解不同工况下混流泵的内部流场,了解前置导叶调节工况的基本规律,以改善混流泵在非设计工况运行时的水力性能。在叶轮叶片进口部位读取液流流入叶轮时绝对液流角、相对液流角、和绝对速度圆周分量的值,分析其随前置导叶安放角改变而变化的规律。结果表明,叶轮进口绝对液流角小于前置导叶安放角,流量越小相差的幅度越大;大流量工况下进口预旋调节的效果比小流量工况更为明显;在一定流量范围内,通过进口导叶调节使得叶轮进口液流满足无冲击进口或者较小冲角进口条件,可有效地改善混流泵在非设计工况的水力性能。

海水循环泵为核电站水冷机组关键辅机设备,对整个生产体系具有至关重要的作用.针对核电站生产特征来看,对循环水的用量非常大,海水作为主要循环水水源,其具有强腐蚀性,会对循环泵产生一定影响.为确保循环泵可以可靠运行,必须要重点做好安装管理,确保每个细节实施的规范性,减少常见问题的发生.本文主要针对核电站常规岛海水循环泵安装技术要点进行了简单分析.

海水循环泵为核电站水冷机组关键辅机设备,对整个生产体系具有至关重要的作用。针对核电站生产特征来看,对循环水的用量非常大,海水作为主要循环水水源,其具有强腐蚀性,会对循环泵产生一定影响。为确保循环泵可以可靠运行,必须要重点做好安装管理,确保每个细节实施的规范性,减少常见问题的发生。本文主要针对核电站常规岛海水循环泵安装技术要点进行了简单分析。

延安炼油厂工艺平衡蒸汽余热利用技改工程 辅机循环给水泵 技术规范 编制：西安大唐电力设计研究院有限公司 2011年08月 设计总工程师：罗勇 主要设计人：陈欢庆 审核：罗勇 编写：陈欢庆 电气会签：杨敏娟 本规范书适用于延安炼油厂工艺平衡蒸汽余热利用技改工程2台循环给水泵的订 货。循环给水泵安装在原锅炉房内。2台水泵为1用1备。 一、技术参数 循环给水泵：（立式） 流量：200m3/h 扬程：50mh2o 泵的转速：2900r/min 额定功率：45kw 额定电压：380v 绝缘等级：f 防护等级：ip5

采用数值模拟与模型试验相结合的方法对模型泵装置出口拍门的阻力损失进行研究。通过模型试验获得了出口拍门在不同开启角度时的阻力损失值,归纳了拍门阻力损失随流量变化的规律。结果表明:拍门阻力损失受导叶出口环量的影响,阻力损失与流量的平方不呈正比,在相同流量时,泵装置效率下降值与拍门开度亦非正相关。应用cfd软件对泵装置设计工况时拍门开启角度25°及无拍门时出水流态进行数值计算,分析了有、无拍门的出流流态,依据数值模拟结果预测了拍门阻力损失,在设计工况时的数值预测值与试验结果吻合较好。

为深入理解和分析高温高压工况条件下某主冷却剂泵性能,采用计算流体力学方法(cfd)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.建立了某主冷却剂泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解rans方程对主冷却剂泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用sst模型进行模拟.计算得到该泵在高、低设计转速时的扬程、功率和效率等性能参数.计算结果与试验数据相比较,误差在4%以内.分析表明采用cfd方法模拟结构复杂的主冷却剂泵内部流动是可行的.

采用线性分布的轴面流线速度环量和叶片角度变化规律来设计叶轮,采用圆弧翼型进行固定导叶的设计,蜗壳断面采用非对称断面,进而设计了一叶片可调比转数为564.3的蜗壳式混流泵。应用fluent对该泵的内部流动进行了数值模拟并根据模拟结果进行了能量性能预测。内流模拟结果显示该泵内部流动均匀,性能预测结果表明该泵可以满足设计要求。真机性能测试表明该泵在叶片角度为0°时最高运行效率达85.76%,在设计点运行效率要比设计要求高约3%。研究结果对于更高比转数蜗壳式混流泵的设计具有比较重要的指导作用。

为揭示高比转速混流泵的内部流动规律,应用商用软件fluent对其进行数值模拟。模拟中以雷诺平均n-s方程为流动控制方程,采用标准k-ε二方程模型作为修正方程,对于压力和速度耦合关系采用simple算法处理。分析了等环量流型高比转速混流泵内部的静压分布和速度分布,得出结论为:叶片进口距离轮缘较近处存在明显的负压区,叶轮与导叶体之间存在明显的动静干扰,叶轮进口处存在轻微的流动冲击,但是并没有影响流体的整体流动。通过分析,揭示了高比转速混流泵内部流动规律,为其性能改进提供了依据。

为了研究动静干涉对混流泵内部流动非定常压力脉动特性的影响,在混流泵进口截面、动静耦合面以及出口截面取若干压力脉动监测点,采用rngk-ε湍流模型和滑移网格技术,对混流泵全流场进行三维非定常湍流计算.计算了叶轮进口截面、动静耦合面以及出口截面的压力脉动,利用快速傅里叶变换进行分析,得到了不同特征截面的压力脉动的频率和幅值,并进行外特性试验验证.结果表明:从轮毂到轮缘,压力脉动最大幅值发生在叶轮出口轮缘侧,而压力脉动最小幅值出现在叶片进口轮毂侧,叶轮进口和叶轮导叶间轮缘处监测点的幅值约为轮毂处监测点幅值的2倍;从叶轮进口到导叶出口位置,压力脉动呈现出逐渐增强的趋势.压力脉动最大值发生在导叶出口监测点,且存在一个低频压力脉动;在60%～85%设计流量工况范围内,扬程-流量特性曲线出现正斜率不稳定特性,数值计算与试验结果存在一定差异.

通过建立基于rng湍流模型的三维数值模型,对某循环水泵房前池和流道进行了数值模拟,重点对稳态及瞬态的水力特性进行了分析研究。结果表明:正常运行水位下,各工况的水泵喉部流速偏差均小于10%,能保证水泵安全稳定地运行。但在最低运行水位下,吸水池内涡量较大,为此提出了设置消涡胸墙的优化方案。两台水泵同时事故停泵时,会造成循环水泵房的暂时性溢流,可将泵房内人孔移至泵房外且运行水位降低0.30m;两台水泵同时启动时,前池水位降低最大,但最小淹没深度仍能满足水泵的安全运行要求。

为了给南水北调东线工程睢宁二站、洪泽站提供可选用的模型,2011年3月在天津南水北调水力模型通用试验台上,进行了泵段模型同台测试。选用其中的5号模型(tj2011-hl-05)用于睢宁二站,3号模型(tj2011-hl-03)用于洪泽站。现介绍睢宁二站装置模型的试验研究结果,包括5个叶片角度的效率、汽蚀余量、飞逸转速、水轮机工况的性能及压力脉动的试验结果,提供给类似泵站选模型参考。

为研究t型三通管水流的流动特性,该文进行了试验研究和数值模拟。试验中使用压力传感器监测管道动水压强,数值模拟采用simplec的求解方法求解navier-stokes方程和κ-ε湍流方程。分析不同工况下水头损失的产生机理,得到了不同分流比、入口流速、管径比对水头损失系数的影响:单管通水时水头损失系数比双管通水时的水头损失系数约大1.01～1.94倍,当入口雷诺数re相同时垂直支管的水头损失系数比水平支管的水头损失系数约大2.20～2.55倍,不同管径比对垂直支管的水头损失系数影响不明显,水平支管的水头损失系数随管径比的增大而减小。研究结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,得出的结果对工程有指导意义。

对核电站现有循环水泵的密封气囊结构进行了分析,现有密封气囊接口需通过专用工具采用密封胶进行粘合,以达到气囊密封要求。该工艺对现场操作人员的熟练程度提出较高要求,存在粘接难度大、易失效等风险。通过对原有密封气囊接头进行重新设计:(1)将原来的开口式结构变为两侧封闭式结构,保证了气囊内部气压的维持和稳定;(2)接口对接形式由原来的直接对接变更为插入式,通过调整气囊接口处的插入深度达到现场安装要求。新型气囊更换方便、性能可靠,为设备安全运行提供了有力保障。

轴流泵、混流泵 轴流泵 型号 流量 （米 3 /时） 扬程 （米） 配套功率 （kw） 备注 100zb-380-1002.27-3.31y2-1.5 150zb-4142-1942.8-5.1y2-3 200zb-3a310-4681.6-3.85y4-5.5 200zb-3b310-4681.6-3.85y4-5.5 250zb-4a425-5972.46-4.43y4-7.5 250zb-4b425-5972.46-4.43y4-7.5 250zb-4c425-5012.46-4.43y4-7.5 250zb-4.5400-6002.5-5.48y4-11 300zb-4a6454y4-11 300zb-4b6494y4-11 300zb-4c5014y4-11 350zlb-7054

核电站离心密封给水泵

混流泵

研究与应用杨溪)fc三级木电站盏流坝挑流消能试验研究 图5变挑角连续式斜向高低鼻坎尺寸固 议方案的鼻坎挑水舌高度和射距加大，下游水面处 的水舌人水纵向长度比原设计方案明显增加(见表 】)，明显减少了挑射水舌进入下游河床水面的单位 面积能量(流速)，减轻了下游河床的冲刷。 图7建议方案挑射水舌分布图 溢流坝小流量泄流的试验表明，鼻坎收缩段内 水流无明显的漩滚、鼻坎出口断面产生贴流的流量 较小，对坎基不会产生明显的冲刷，其原因分析为： (1)三孔溢流坝鼻坎出口断面中间15m宽的鼻坎 挑角仍为25。，在小流量泄流时，溢流坝挑坎的起挑 流量比常规坎的起挑流量元朗显的增大；(2)小流 量泄流时，由溢流坝堰顶闸门控制泄流，以保持上游 笤匕 —卫—— 原设计方案比较方禀建议方素 图6各方案鼻坎出口断面水深分布图 表2下游冲刷

混流泵汽蚀的产生将导致性能的下降,同时伴随着较大的振动和噪声.为分析导叶式混流泵的振动噪声特性并对汽蚀进行诊断预测,通过安装在导叶式混流泵机体不同监测点的加速度传感器以及泵入口段的水听器测试了混流泵的振动和噪声信号,利用1/3倍频谱信号分析手段对试验结果进行了进一步的分析,研究了混流泵内汽蚀时的振动噪声的特征和规律.试验结果表明,导叶式混流泵入口法兰位置及靠近入口的泵体位置处的振动信号对混流泵汽蚀较为敏感,可以用于监测混流泵汽蚀的发生;随着流量的增大,混流泵机体的振动信号可以用于监测其汽蚀特性的频段越来越宽;混流泵发生汽蚀时入口辐射噪声呈现出先增大,达到极值后又逐渐减小的趋势;泵入口处的低频段辐射噪声可以用于监测混流泵汽蚀的发生.

在设计工况下,对一个较高比转速的混流泵叶轮内部流动进行三维湍流数值模拟计算.通过分析混流泵叶轮内部的流动特点,发现由于局部结构设计不合理,流道内产生了较大范围漩涡区和壁面脱离现象,增加了流动损失.针对这一问题提出了改进措施,采用一种多参数的优化方法对叶轮叶型进行设计,并分析了叶片型线对叶轮内部流场的作用规律.结果表明,控制叶型弯曲度可以有效控制叶片进口处的马蹄涡,消除近壁面流动分离和漩涡,减小流动中的通道涡强度和影响范围,改进后叶轮流道内存在的涡团和流动脱离现象基本消失,叶轮水力效率相对提高4.74%,单位功耗的扬程增加11.5%.叶轮性能参数的计算数据与试验数据吻合较好,验证了所采用的计算方法及模型的准确性和可靠性.