半開式復(fù)合葉輪多級(jí)離心泵設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)方法研究

AP1000化容補(bǔ)水泵等特殊低比轉(zhuǎn)速多級(jí)離心泵在性能上不但具有小流量高揚(yáng)程的特點(diǎn),還需保證從關(guān)死點(diǎn)到zui大流量的多個(gè)工況的性能同時(shí)達(dá)到使用要求。同時(shí),結(jié)構(gòu)的緊湊性,以及小流量不穩(wěn)定和大流量過(guò)載等問(wèn)題也是低比轉(zhuǎn)速泵設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。本文為形成結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、滿足多工況性能要求的低比轉(zhuǎn)速多級(jí)離心泵設(shè)計(jì)方法,以AP1000化容補(bǔ)水泵為實(shí)例,研究半開式多平衡孔復(fù)合葉輪和渦形雙流道導(dǎo)葉的性能,建立其三維流場(chǎng)模擬和性能預(yù)測(cè)方法,基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）技術(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)了滿足多工況性能要求的水力模型。 探討了低比轉(zhuǎn)速多級(jí)離心泵半開式葉輪、復(fù)合葉輪和導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)原理和方法,給出關(guān)鍵參數(shù)的確定方法,分析了半開式直葉片復(fù)合葉輪和渦形雙流道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 給出了半開式葉輪離心泵全流道三維流動(dòng)數(shù)值模擬方法,以單級(jí)半開式葉輪離心泵為模型,考慮葉輪前后間隙、平衡孔、口環(huán)間隙等結(jié)構(gòu),分析不同建模形式、湍流模式、離散方法對(duì)性能曲線預(yù)測(cè)計(jì)算精度的影響,完善和驗(yàn)證了基于三維流動(dòng)模擬的性能預(yù)測(cè)方法。 為滿足AP1000化容補(bǔ)水泵四個(gè)特殊工況點(diǎn)的性能和結(jié)構(gòu)緊湊型要求,設(shè)計(jì)了半開式多平衡孔復(fù)合直葉片葉輪和渦形流道式導(dǎo)葉結(jié)構(gòu),建立了包含葉輪、導(dǎo)葉、葉輪前后間隙、密封口環(huán)和平衡孔的三維全流道實(shí)體模型?；诒疚尿?yàn)證的流場(chǎng)三維數(shù)值模擬方法,預(yù)測(cè)全工況下的水力性能,分析了決定低比轉(zhuǎn)速多級(jí)離心泵各工況性能的關(guān)鍵參數(shù)?；谀M結(jié)果給出了改善低比轉(zhuǎn)速多級(jí)離心泵性能的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)建議,并改進(jìn)了過(guò)流部件結(jié)構(gòu),使AP1000化容補(bǔ)水泵模型滿足多工況運(yùn)行可靠和大流量不過(guò)載的設(shè)計(jì)要求。 本文給出的多級(jí)離心泵葉輪與導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)方法,以及相應(yīng)的三維流動(dòng)數(shù)值模擬和性能預(yù)測(cè)方法,水力性能上滿足了多工況運(yùn)行的要求,對(duì)低比轉(zhuǎn)速多級(jí)離心泵研究與核電系統(tǒng)補(bǔ)水泵研發(fā)具有一定意義。

離心泵是流動(dòng)介質(zhì)（氣體和液體，也可以是懸浮顆粒與氣體或液體的混合物）從葉片轉(zhuǎn)軸根部（進(jìn)口）進(jìn)入，介質(zhì)依靠高速轉(zhuǎn)動(dòng)葉片獲得離心力，產(chǎn)生一個(gè)高壓，從泄壓口（出口）流出的介質(zhì)輸送設(shè)備。多級(jí)離心泵是將具有同樣功能的兩個(gè)以上的泵集合在一起，流體通道結(jié)構(gòu)上，表現(xiàn)在*級(jí)的介質(zhì)泄壓口與第二級(jí)的進(jìn)口相通，第二級(jí)的介質(zhì)泄壓口與第三級(jí)的進(jìn)口相通，如此串聯(lián)的機(jī)構(gòu)形成了多級(jí)離心泵。多級(jí)離心泵的意義在于提高設(shè)定壓力。