核主泵研究综述

qyn2013

核主泵研究综述

摘要： 核能应用是缓解能源危机的一种有效措施，通过对核主泵研究现状、研究方法及面临的问题的研究，为核主泵的进一步设计开发提供一定的参考。

关键词：核主泵  研究现状  面临的问题

Abstract: The application of nuclear energy is aneffective measure to ease the energy crisis .The study of nuclear main pumpabout research at present, research methods and problems faced with provides areference for further design and development of the nuclear main pump.

Key words: nuclear main pump  research at present  problems faced with

1.研究现状

在压水型反应堆（PWR）核电站中, , 反应堆冷却剂泵 (核主泵)驱动一回路的冷却剂循环流动，途中与核反应堆直接接触,吸收大量的热量并将其传递给蒸汽发生器,产生的蒸汽会通过二回路推动汽轮机发电机组。在整个过程中，工质工作温度、压力会变得很高,工作流量很大,而且具有放射性,因此要求与之匹配的核主泵具有高温高压大流量的特点。综合可查看的公开资料，泵型可采用混流泵型式。

1.1混流泵简介

混流泵是叶片泵的一种, 比转速介于300~500之间，主要特点是流体斜向流出叶轮，结构特点介于离心与轴流之间。现在国内外对混流泵的研究呈上升趋势，而且混流泵因其体型小、重量轻、结构简单、水力效率高、高效区宽、安全可靠等优点,广泛应用于工农业领域。

1.2国外现状

国外对叶片泵的研究己经比较成熟,泵业的巨头都是国外的公司,如英国的ITT、FLOWSERVE以及威尔, 瑞士的苏尔寿，德国的KSB, 日本的茌原等。目前很多最先进的混流泵的国外研究文献都来自于这些公司的研究所或这些研究所与大学之间的合作项目。

泵设计方面：1. M. Zangeneh、A. Goto等(2002)发展了一个泵设计系统,能够设计出泵的叶轮、导叶、蜗壳及各种流道。最后被完善为泵设计软件TURBOdesign。2. D. Bonaiuti. M. Zangeneh等(2010) 利用反设计方法将一混流射流泵叶轮和导叶的几何参数化,定量分析了设计参数的变化对泵效率、吸入特性等性能以及力学、振动等强度的影响，对泵的优化设计有很大的参考价值。3. Miyauchi (2006, 2007)尝试优化混流泵叶轮的形状,但两篇文献都只关注了设计流量下的泵性能。

泵试验和数值分析方面：1. Ida (1965)试验以一些混流泵为研究对象,主要研究了叶片角度对流动损失的影响。2. Kurokawa (1995)试验测试了一系列混流泵,总结出叶轮进口回流会引起混流泵扬程的突降,因此会导致泵性能不稳定,并研究了利用J形槽可抑制不稳定性能。3. H. Funakoshi等(2003)试验研究了在低流量工况下一混流泵的静态和动态特性,并分析了静态特性线上正斜率形成原因。

混流泵非定常流动分析方面： B.P.M.vanEsch、N. P. Kruyt (2001)对一工业用混流泵整机进行非定常计算, 通过附加一些损失模型分析出轮盘摩擦损失、水力损失、泄漏损失等对泵水力性能的影响。

1.3 国内研究现状

1.沈飞（2012）以AP1000为研究对象，完善了之前研究提出的基于CFD的核主泵模化设计方法，能方便完成整机设计，缩短设计周期，并使获得的核主泵水力模型具有最佳的动静叶片数匹配,较优良的水力特性和抗汽蚀特性。2.秦杰（2010、2012）针对核主泵AP1000，研究揭示了核主泵内部不同流量下的内部流场特征,并且在叶轮和导叶连接处发现二次流现象,在压水室出口处发现回流现象，此外，还研究了扭曲导叶对泵性能的影响优于扩散导叶和径向导叶。3.王晓雪（2011）对核主泵动静压结合波形端面密封工作机理进行了分析及试验研究，并提出无量纲参数“波锥比”定义。4.王春林,彭 娜等（2008）对核主泵模型泵研究了导叶进口边相对位置对泵性能的影响。结果表明，导叶进口与叶轮出口平行的导叶形式性能较差,导叶进口不与叶轮出口平行、与旋转轴线平行的导叶形式性能相对较好。5.于健（2012）对小破口事故工况下的核主泵AP1000进行性能研究，预测了在小破口事故中核主泵半流量时间并对惰转过程中核主泵内流态的变化进行分析,提出核主泵在设计中飞轮的转动惯量偏小的结论。

2.研究方法

研究方法：对问题的研究方法都可以划分为实验分析、理论研究和数值模拟。实验分析可以验证所得结果，具有说服力，但是花费巨大，测量困难，有实验干扰和测量误差的存在；理论分析可以得到一般性的公式，结果具有普遍性，但是必须简化模型，难以求解复杂的非线性问题，只能对简单的问题进行求解。数值模拟花费少，能解决复杂的流动问题，具有良好的可重复性，但是有截断误差、数值耗散、数值频散且模型发展尚不成熟，计算量大。故应结合实际需要合理选择一种或多种研究方法。

离散方法:有限元法、有限体积法、有限差分法

湍流数值模拟方法：直接数值模拟、统计平均法、大涡模拟、雷诺时均法（零方程模型、一方程模型、二方程模型、雷诺应力模型、代数应力模型）。

对于混流泵，非定常算法—非线性谐波算法能较好地模拟混流泵流场的流动细节和非定常特性,而且流场压力脉动周期性明显,动静干涉效应显著。此外，泵的设计多采用一元理论，设计过程中可采用速度系数法和模型换算。

3.目前核主泵面临的问题

由于核反应堆具有放射性，且从前苏联切尔诺贝利核电厂和美国三里岛严重核泄漏事故中吸取经验教训,其安全性仍是关注重点，此外，再考虑到自然灾害的突发性和资源浪费核主泵面临着以下问题（1）安全性及经济性（2）核主泵效率的提高。（3）面临突发事件时的应对措施。

4.总结

核能应用是缓解世界能源危机的一种有效措施。核主泵是反应堆冷却部件中不可缺少的一部分，多采用混流泵，并且其动静导叶、密封、对突发事件的应对及损失都有相关的研究。为核主泵的进一步设计开发提供了珍贵的资料。

参考文献：

【1】       王春林.核主泵模型泵导叶进口边相对位置对泵性能的影响 2008.9

【2】       秦杰.导叶结构对核主泵性能的影响 2010

【3】       秦杰.核主泵过流部件水力设计与内部流场数值模拟 2010.6

【4】       王晓雪.核主泵动静压结合波形端面密封工作机理分析及试验研究 2011.5

【5】       邱乙亩.浅谈AP1000主泵及改进 2011.10

【6】       于健.小破口事故工况下核主泵性能研究 2012.6

【7】       沈飞.AP1000核主泵高效水力模型设计与性能研究 2012.6

【8】       王小燕.核主泵用流体动压型机械密封耦合模型与性能分析 2013.3      

学院：流体机械及工程  姓名：齐亚楠  学号：122080704011