核电厂离心式设备冷却水泵设计

ｌ 前言
公 司 的图纸 。抗震 分 析计 算 、 体 的部 件 应 力 分 总
我国目前在建和新建的核电机组仍以二代改 进型压水堆为主， 即核岛系统和安全系统仍需使 用大量的水泵作动力 。对于核电建设 的现在和将 来， 核级泵 的市场需求潜力巨大 。但是 良好 的市 场形势并没有对我国水泵行业的整体效益和产品
水， 其中氯化物 、 氟化物、Ｈ值 、 ｐ 电导率等均有严 格要 求 。
表 １ 核 ３泵的基本参数和技术指标
型号规格
技术参数
设 计 压 力 ： ． Ｍ ａ 设 １６ Ｐ ，
工作介 质 流量 （ｌ ｈ 扬程 （ 效率 （ Ｎ Ｓ （ 轴功率 （ Ｗ） Ｉ／ ） ｌ ｍ） ％） Ｐ ＨＲ ｍ） ｋ
前 提 下 ， 以逆 向 工 程 的 方 法 推 出 在 大 流 量 点 可
在对部分关键水力尺寸调整 、 叶片进 口边和泵体
吸入部分重新设计后 ， 新水力模型满足技术规格 书对于工况点汽蚀性能的要求。 水力验证具体措施 ： （） １ 由于 进 口管径 限制 ， 进 口流速 达 到 泵 ４ ／， ｍ ｓ偏高； 兼顾汽蚀 和效率 ， 叶轮入 口速度系数
０ ９ ２ — —
设备冷却水泵 计 温度
硼酸输送泵
：５ ８ ％
除盐水
２ ５ ８５
３ ｌ ｌ０
６ ． ３６
５ ９
８ ６
８ ７
ｔ
８５ ．
１ ． ２５
５５ ７
５ ２． ７ ５
设 计 压 力 ： ． Ｍ ａ 设 硼酸溶液 ， １６ Ｐ ， 计 温度 ：５ ６ ％ 含硼水
前置泵 的前提下 ， 该水力模型的研制难度非常大。 件 Ｆ ｅｔ ． ｌ ｎ ６２优化设计 ， ｕ 自行研制新型水力模 型。
设备冷却水泵规定 了关死点扬程为 ９ ｍ， ２ 设
计点 扬 程 为 ６ ． ｍ， 流 量 点 规 定 了 流 量 为 ３６ 大 ３ １ｍ ／ ， １０ ｈ 没有规定扬程 ， 由于限制 了最大功率 为 ５０ Ｗ， ８ ｋ 在满足整条 曲线变化趋势和功率 限制
一
（） ４ 适当加 大前 盖板处 的曲率半径 ， 改善拐 弯处 的速度 均匀性 ， 提高 抗汽蚀 性 能 ； （） ５ 吸人部分增加导流片， 减少进 口的紊流 ， 使流速均匀 ， 改善汽蚀性能。 ３ ２ 多工况设计 ．
般只要求一个工况点 ， 在不采用诱导轮或增加 参考行业成熟的水力原型 ， 利用流场模拟软
８３ ． １． Ｏ８ ６ ８ ５ ． ９４ — １８ ． ５ 加
乏燃料水池冷 设 计 压 力 ： ． ＭＰ ， １ ６ ａ 设 含硼水 却泵 ， 合泵 计温度 ：Ｉ １＆Ｃ 计温度 ：０ ５ ％ 化钠溶液 海水 化学添加剂混 设计 压 力 ： ． Ｍ ａ 设 ３ ％ 氢 氧 １６ Ｐ ， ０ 重要厂用水泵 设 计 压 力 ： ． Ｍ
收稿 日期 ： ２ １ ０ ０ １— ８—１ 修稿 日期 ： ２ １ ０ ５ ０ １— ９—１ ４
核电厂设备冷却水泵 （ 以下简称设备冷却水 泵） 为单级 、 吸、 单 卧式离心泵 ， 执行 Ｒ Ｃ— Ｃ Ｍ法
４ ２
ＦＬＵＩ ＭＡＣＨｌ Ｄ ＮＥＲＹ
了强度校 核 。
泵体 、 泵盖等承压件 的强度计算按 Ｒ Ｃ— Ｃ Ｍ
Ｃ ００计 算 ， ３０ 考虑 了足 够 的腐蚀 裕量 ， 可用公 式 并
进行复核。开 口部分进行了补强计算 ， 布置 了 并 加强筋板 ， 确保强度、 刚性满足运行寿命要求。
内…， 冷凝泵 、 锅炉给水泵首级 叶轮汽蚀 比转数 在 １０ １０ １０— ６０范 围内。而设备冷却水泵属 于单
级单 吸卧 式 离 心 泵 ， 设 计 流 量 点 ２ ５ｍ ／ 在 ８５ ｈ时
汽蚀 比转 数高达 １２ ， ５０ 在大 流量点 ３ １ｍ ／ １０ ｈ时 汽蚀 比转数高达 １６ ， １７ 需要同时保证两个工况点 的汽蚀 性 能 ， 于多工 况高抗 汽蚀 叶轮 ， 属 常规 产 品
２ １ 年第 ４ ０２ ０卷第 １ 期
文 章 编 号 ： １０ 一 ８７ ２ １ ） １ ０ ４ ０ ０ ｌ ４ ３ （０ ２ ０ — ０ １— ５
流 体
机
械
４ １
核 电厂离心式设备冷却水泵设计
迟秋 立 ， 姜元锋 ， 李 媛
（ 山东双轮股份有限公司 ， 山东威海 ２４ ０ ） ６ ２ ３
２ 设计概 述
核电站的核级泵市场基本仍依赖 国外进 口， 只有 部分 核 ３级泵 实现 了 国产 化 … 。 国内水泵 企业 的
设计水平与发达 国家相比， 确有很大差距 ， 尤其是
核级泵的水力模型设计 （ 需要保证两个 以上的工
作点 ）抗震分析计算 、 、 总体 的部件应力分析等方 面还 不能 自主完 成 。 国内的一些 水泵 厂家 虽然 与
３ １ｍ ／ 时 ， １０ ｈ 扬程为 ５ｍ， ７ 效率为 ８％ ， ４ 轴功率为
５５ Ｗ ； ７ ｋ 在极 限流量 点 ３０ ｍ ／ ６０ ｈ时 ， 扬程 为 ４ ｍ， ８
Ｆ Ｕ Ｄ ＭＡＣ ＮＥ Ｌ Ｉ ＨＩ ＲＹ
Ｖｏ． ０， ． ２ １ １４ Ｎｏ １， ０ ２
３ ４ １ 承压 强度 ．．
计温度 ：０Ｃ ６ ￣
２ ｏ ３０
５ ２
７ ７
６５ ．
４２ ２
设 备 冷 却 水 泵 的规 格 书要 求 该 泵 必 须 按 照
Ｒ Ｃ— Ｃ Ｍ核岛机械设备第第二册 ３ 级部件的要求 设计、 制造。
３ Ｉ 高抗 汽蚀性 能 ．
一
按 ４９ ． 选用 ， ４ ５～ ． 在 ． ５０的合理范围内。将 叶轮 水 力模 型进 口直径 由 ４３０调 整 为 ｑ３０ 使 叶轮 ８ ｂ９ ， 进 口流速达到 ６ ５ ／ ， ４ ７ ６ ５ ／ 的合理 ．ｍ ｓ在 ．５— ． ｍ ｓ
ｆｒ ａ ｄ， ｔ ｅ ｉｅ ｉ ｔ ｄ ｃ ｈ ｕ ｔ ｎ， ｅ —ｆｒ ｎ ｅ ｍａ ｅｉ ｌ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｅ ｐ ｍｐ ｏ ｗ ｒ ｏｈ ｒ ｓ ， ｒ ｕ ｅ ｔｅ ｆ ｃｉ ｐ ｒ ｏｍａ ｃ ， ｔｒａ ，ｔｕ ｔ ｒ ｆｔ ｕ ． ｗ ｎ ｏ ｏ ｈ
Ｋｅ ｒ ｓ ｎ ｃｅ ｒｐ ａ ｔ ｎ ｃｅ ｒｐ ｍｐ； ｏ ｏ ｅ ｔｃ ｏｉ ｇ ｐ ｍｐ； ｌ —ｏ ｅａ ｉｇ— ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｈ ｄ ａ ｌ ｅ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｕ ｌａ ｌ ｎ ； ｕ ｌａ ｕ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｏ ｌ ｕ ｎ ｍｕｔ — ｐ ｒ ｔ ｉ ｎ — ｏ ｄｔ ｎ ｙ ｒ ｕ ｉ ｄ ｓ ｉ ｃ ｇ
中图分类号 ： Ｔ ３ Ｈ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ ２０ ． １ ｏ：０ ３ ６ ／． ｓ．０５— ３ ９ ２ １ ． １００ ｓ
Ｄｅ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｎｕ ｌ ａ ｌ ｎ ｍ ｐ ｎ ｎ ｏ ｉ ｇ Ｗ ａ ｅ ｕ ｓ ｏ ｃｅ ｒ Ｐ ａ ｔＣｏ ｇ ｏ ｅ ｔ Ｃｏ ｌ ｔ ｒ Ｐ ｍｐ ｎ
ｎ ｃ ｅ ｒ ｐａ ｔｔｃ ｎｃ ｌｓ ｅ ｉ ｃ ｔ ｎ，Ａ ｃ ｎ ｑ ｅ ｔａ ｏ ｉ ａｅ ａ ｉｕ ｙ ｒ ｕ ｉ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓ ｎ ａ ｄ Ｃ Ｄ ｄ ｓｇ ａ ｕ ｕ ｌ ａ ｌｎ ｅ ｈ ｉａ ｐ ｃ ｆ ａ ｏ ｉ ｉ ｔ ｈ ｉｕ ｈ ｔｃ ｍｂｎ ｔｄ ｖ ｒ ｓｈ ｄ ａ ｌ ｏ ｔ ａ ｉ ｅ ｉ ｎ Ｆ ｅ ｉｎ ｗ ｓ ｐ ｔ ｅ ｏ ｃ ｍｉ ｏ ｇ
升级 产生 明显 的拉 动 。主 要原 因是 ： 阶段 我 国 现
析等， 国内的泵厂也只能委托清华大学等研究单 位 或 国外 的同行来 完成 。
本文 在 查 阅 非 设 计 工 况 相 关 文 献 的 基 础 上 “ ， 出水 力模 型优 化 设计 和 Ｃ Ｄ流场 模 拟 Ｊ提 Ｆ
相结合的水力设计方法 ， 以核 ３级设备冷却水 并 泵 为例进 行设 计 实践 和样 机 验证 ， 验 各 工 况 点 试 实测值均在可接受 范围内， 实现多工况水力设计 的目的 ， 同时对泵的功能 、 参数特点 、 技术要求 、 结 构设计、 材料等方面进行相关论述。
Ｃ Ｉ ｉ‘ ， Ｉ Ｎ ｕ ｎｆｎ ，Ｌ ｕ Ｈ ｕｌ Ｊ Ｇ Ｙ ａ — ｇ ＩＹ ａ Ｑ ｉ Ａ ｅ ｎ
（ ｈｎ ｏｇＳ ｕｎｌｎＣ ． Ｌｄ ， ｉａ ２ ２ ３ Ｃ ｉａ Ｓａ ｄｎ ｈ ａｇｕ ｏ ，ｔ．Ｗｅ ｉ ６ ０ ，ｈｎ ） ｈ ４
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ： Ｃ ｎ ｒ ｕ ａ ｏ ｏ ｅ ｔｃ ｏ ｉ ｇｗａｅ ｕ ｓ ｎ ｅ ｓ ｔ ａｉ ｙ ｍｕ ｔ —ｏ ｅ ａｉ ｇ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓａ ｃ ｒ ｉ ｇｔ ｅ ｄ ｍａ ｄ ｆ ｅ ｔｉ ｇ ｌ ｍｐ ｎ ｎ ｏ ｌ ｔ ｒｐ ｍｐ ｅ ｄ ｓ ｔ ｆ ｌ ｆ ｃ ｎ ｏ ｓ ｉ ｐ ｒ ｔ ｏ ｄ ｔ ｎ ｃ ｏｄ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓｏ ｎ ｉ ｏ ｈ
池和散热片设计 ， 能够及时将热量散发降低油温 ， 保证轴承的使用寿命。在轴承体上设计了在线补 偿 润滑 油 的恒 位 油杯 ， 保证 对 润 滑 油 的损 耗 进 行 及时 自动补充 。轴 承体采用一体化辅助支 承方 式， 刚性好 ， 承体设 置油 窗 、 气 、 温 、 振 、 轴 排 测 测 放 油接口。按照第一强度理论对轴承体法兰处进行
Ｖｏ． ０， ． ２ ２ １ ４ Ｎｏ １， ０１
国核岛机械设备设计 、 建造规则 ， 设备冷却水泵属
控 制地 释放 到海 水 中
于核安全 ３级设备 ， 抗震等级为 １ Ａ类 ， 使用 １／ Ｅ 级 电机 驱动 ， 是设备 冷 却水 系统 （ Ｒ ） Ｒ Ｉ 的重 要 ３ 设计 要求
组成部 分 ， 系统 的主要 功 能是 ： 该
范围 内 ；
般单吸泵的汽蚀 比转数在 ６０～１０ ０ １０范围
（） ２ 叶片进 口增加 ５正冲角 ， ３ ～ ５ 的合 。 在 。 ｌ。 理范围内 ， 提高大流量时的抗汽蚀性能 ， 改善工作
面的脱 流现象 ； （ ） 片适 当前 仲 并 减薄 ， ３叶 头部 做成 流 线 型 ， 减 少头 部脱 流现象 ；
１ ． ６６ ２ ４ ４ １５ ２ ． ３ｏ ０ ０ １ ５ ３ ０ ４０
８ ５ ８ ３ ４ ． ７５ ５ ６ ７ ５ ３ ０ ４ ５
４ ６ ５ ０ ８ ０ ７ ７ — ６ ７ ８ ０
２５ ． ３０ ． ７２ ． ５５ ． — ３４ ． ７６ ．
（） １ 冷却各种核 岛热交换器 ； （） ２ 经过 由重要 厂用 水 系统 （ Ｅ 冷 却 的热 Ｓ Ｃ） 交换器 ， 将热负荷传递至最终热阱——海水 ； （ ） 核 岛各 热 交 换 器 和 海 水 之 间 形 成 屏 ３在 障， 以防止来 自 有关热交换器 的放射性 流体不可
主要 核 ３级 泵 的基本 参数及 主要 技术 性能 指 标 如表 １所示 。设备 冷却 水泵输 送 的介质 为除 盐
摘
要 ： 根据核 电厂技术规格 书的要求 ， 离心式设 备冷却水泵 的水 力性能需要 同时满足多个 工况点 ， 作者在查 阅非设
计工况相关文献的基础上 ， 出了水力模型优化设计 和 Ｃ Ｄ流场模拟 相结合 的水力设 计方法 ， 提 Ｆ 并进行 了设计实 践和样 机验证 ， 各工况 点实测值均在可接受范 围内， 实现了多工况水力设 计的 目的 ， 同时对泵 的功能 、 参数特点 、 技术要求 、 结构 设计 、 材料等方 面进行 了相关论述 。 关键词 ： 核 电厂 ； 核级泵 ； 设备冷却水泵 ； 多工况水 力设 计 ； 流场模拟 ； Ｆ ＣＤ