300MW轴流式核主泵模型内流测量方案探讨

文章编号:　1005—0329(2009)01—0020—04

300M W轴流式核主泵模型内流测量方案探讨

高　波,刘　栋,康　灿,杨敏官

(江苏大学,江苏镇江　212013)

摘　要:　核主泵是压水型反应堆核电站中的核心设备之一。开展核主泵内部流场的实验研究,对泵水力部件优化设计、提高泵的性能、增强泵运行稳定性等有至关重要的作用。为充分认识其内部流动的真实结构,拟采用目前较先进的非接触式光学流场测量仪器粒子图像速度场仪(P I V)对泵内流场进行测量。针对300MW轴流式核主泵模型,设计了内流测量实验台,提出高温超高压系统的生成办法;认为运用进口窗和出口窗两种测量方案,可以实现包括叶轮、导叶、叶轮与导叶间隙等在内的全流道三维速度测量;给出窗口开设位置的确定方法,并提出解决叶片相互遮挡及测量同步性保证的方案。为进行模型泵的实验研究提供参考。

关键词:　核主泵;测量;轴流式;P I V

中图分类号:　TH311 文献标识码:　A

Preli m i n ary Approach to I n terna l Flow M ea sure m en t Sche m e of300MW Ax i a l2flow

Nuclear Reactor Cool an t Pu m p M odel

G AO Bo,L IU Dong,K ANG Can,Y ANGM in2guan

(J iangsu University,Zhenjiang212013,China)

Abstract:　The nuclear react or coolant pump(RCP)is one of the core equi pments in P WR Nuclear Power Plant.Experi m ental research on internal fl ow in RCP p lays a great i m portant part in hydraulic op ti m izing design,pu mp perf or mance and operating sta2 bility.I n order t o realize the p ractical fl ow structure in the pu mp,Particle I m age Vel oci m etry(P I V)is used as the measuring de2 vice.Based on a300MW axial-fl ow RCP model,a measure ment test rig with high te mperature and ultra-high p ressure is de2 signed.T wo test sche mes,inlet-window and outlet-widow,are p r oposed.3D vel ocity measure ment method in whole fl ow pas2 sage is intr oduced,including that in i m peller,guide vanes and clearance bet w een the m.W indow positi ons have been confir med.

B lades overlapp ing and synchr onizati on measure ment s oluti ons are als o given.It is hel pful for the future experi m ents of the model pu mp.

Key words:　react or coolant pu mp;measure ment;axial2fl ow;P I V

1　前言

在压水型反应堆(P WR)核电站中,反应堆冷却剂循环泵(核主泵)用于驱动一回路冷却剂循环流动,连续不断地将堆芯中产生的热量传递给蒸汽发生器,产生的蒸汽通过二回路推动汽轮机组发电[1]。该泵是核岛中唯一高速旋转的设备,是核电站的心脏,它的性能及运行可靠性直接影响到核电站的发电能力和安全。

由于核主泵工作环境和要求的特殊性,对其水力部件的优化设计以保证高效、稳定的运行特性显得格外重要,但这必须建立在充分认识泵内部流动结构基础之上。目前对核主泵内部流场的实验研究,国内外未见相关报导。因此,对核主泵内部流场进行测量,以获得泵内流场的详细信息的研究意义重大。

综合考虑目前流体机械内流测量手段,并本着尽量减小测量过程对泵内真实流场的干扰原则,本文拟采用先进的非接触式光学测量方法,以300MW轴流式核主泵模型为例,提出粒子图像速

收稿日期:　2008—05—20　修稿日期:　2008—07—07

基金项目:　江苏省普通高校研究生科研创新计划基金项目(CX07B-0932)

02 F LU I D MACH I N ERY Vol137,No11,2009

度场仪(P I V )应用于轴流式核主泵模型内部流场的测量方案,为展开实验研究提供参考。2　300MW 轴流式核主泵结构及模型换算

国内某厂为巴基斯坦恰希玛核电站设计制造

的核主泵,采用轴流式叶轮水力部件,结构如图1所示。泵壳过流部件设计成环形压水室。叶轮与泵壳间通过叶轮罩和导叶过渡,经过全流量四象

限性能试验,机组效率为80%[2]

。

图1　轴流式核主泵水力部件结构示意

为减少实型泵试验成本,降低试验难度,运用泵的相似理论,在不影响内部流动结构的前提下,对实型泵进行相似换算,并对结构进行简化。模型泵的实验结果可以换算到实型泵上,对实型泵的设计具有指导意义

[3]

。

实型泵经相似换算后的模型泵部分参数见表1。相似换算中假设模型与实型的效率相同。

表1　实型泵与模型泵部分参数参数实型泵模型泵扬程H (m )60

12.6

流量Q (m 3/h )168001609转速n (r/m in )14501450比转速n s 532530功率P (k W )450090叶轮外径D 2(

mm )

765

350

3　内流测量方案3.1　内流测量实验台

考虑核主泵的工作环境及P I V 测量要求,拟搭建的轴流式核主泵模型内流测量实验台如图2所示。

系统正常运行时内部压力达16MPa,温度280℃,流量1609m 3

/h,属高温超高压系统,制造具

有很大难度

[4]

。该系统应包括五部分:高温高压

生成系统、试验泵环路系统、控制及数据采集系

统、冷却系统及安全报警系统。

图2　内流测量实验台示意

高温高压生成系统包括压力容器(高压储液

罐)、电加热系统、温控系统、高压给水系统。配合冷却系统,温控系统控制整个系统温度维持在设定值;试验泵回路系统按照设计压力,使用耐高温高压的钢制管路,采用特制的高压阀门及流量计;控制及数据采集系统包括泵运行控制,阀门开度,流量、扬程、温度、功率等参数的监视与记录;安全报警系统与控制系统相连,

能监测系统参数及时控制系统运行。3.2　P I V 内流测量方案根据轴流泵叶轮、导叶结构以及P I V 对轴流泵内部流场的测量要求,按测量窗口设置位置不同,拟采用进口窗测量模式和出口窗测量模式等两种测量方案。两种方案都需对模型泵的结构进行改造,都需在泵定、转子所对应的泵壳位置开设测量窗口。窗口采用耐高温高压的玻璃,做成与泵壳曲率一致的形状,保证叶轮导叶内部流场不受干扰。玻璃窗口与泵体之间采用螺钉联接。3.2.1　进口窗测量方案

采用进口窗测量方案,需在泵进口弯管处开

设窗口如图3所示[5]

,方便片光入射或CCD 相机接收。

图3　轴向发射模式

1

22009年第37卷第1期 流　体　机　械