屏蔽式核主泵进出口压力脉动特性-中国科学院上海应用物理研究所.PDF

第36 卷 第11 期 核 技 术 Vol. 36, No.11 2013 年11 月 NUCLEAR TECHNIQUES November 2013 屏蔽式核主泵进出口压力脉动特性 朱 跃 尹俊连 张继革 王德忠 程 辉 （上海交通大学机械与动力工程学院 上海 200240 ） 摘要 为研究屏蔽式核主泵进出口的压力脉动特征，应用数值模拟的方法，采用分离涡模型，分析了其时域 特征和频域特征，得到了进出口处的压力脉动特性。结果表明，入口处的压力脉动呈现出明显的周期性，主 要由转轮叶频决定，并且进口管道中心的脉动幅度小于管道两侧的脉动幅值。出口处的压力脉动频率比入口 处的压力脉动频率复杂，包含叶频、叶频倍频、轴频和轴频半频，这是因为出口的脉动由动静叶片的干涉、 导叶内的回流、蜗壳内流体的脱流作用造成。 关键词 屏蔽式核主泵，分离涡模拟，压力脉动，频域分析 中图分类号 TL364 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2013.hjs.36.110601 核主泵又叫反应堆冷却剂泵，是反应堆的“心 脏”。它位于堆芯和蒸汽发生器之间。在反应堆正常 1 数值计算模型 运行时，冷却剂由反应堆流出经主管道流进蒸发器， 1.1 泵基本参数 把热量传给二回路，然后再由主泵送回反应堆进行 循环。主泵是反应堆冷却剂系统的主要设备和压力 计算模型选用某屏蔽式电机核主泵模型泵。模 边界的设备之一。相关研究表明，核主泵内部的复 型泵设计工况点流量为 280 m³/h ，设计扬程为 杂三维非定常流动，动静叶片之间的相互激振，导 6.95 m ，额定功率为 4.39 kW 。泵的设计转速为 致核主泵在正常运行工况下，内部压力随时间不断 1 780 r/min。叶轮叶片数为4 ，导叶叶片数为5 。 变化，出现压力脉动。王春林等[1]采用大涡模拟的 1.2 计算区域和监测点 方法对核主泵叶轮和导叶处的压力脉动进行了分 析，确定核主泵内最大压力脉动发生在叶轮出口处。 核主泵模型泵的计算区域主要分为四个部分， 王福军等[2]对轴流泵叶轮出口处压力脉动进行了研 进口管道、出口管道、叶轮和导叶，计算对象为核 究，发现从轮毂到轮缘压力脉动逐渐增大，其原因 主泵全流道模型( 图1)。为了监测不同进口位置处的 可能是导叶的作用制约了水压力的波动。张飞等[3] 压力脉动，选取的监测点如图2 所示。 对混流式水轮机的尾水管压力脉动进行了研究，发 现尾水管低频压力脉动对机组稳定性参数有直接影 响，强涡带区将促使水轮机稳定性参数恶化。 目前对核主泵压力脉动进行的一些研究主要集 中在导叶和叶轮部分，国内对泵进出口压力脉动相 关研究较少。由于屏蔽式电机主泵的进口处连接着 蒸汽发生器，出口处连接着主管道。主泵进口处的 压力波动会扰动蒸发器内部流场，从而对蒸发器的 效率产生影响。当主泵出口处的压力波动频率与管 路的声学模态频率一致时，就会发生管路共鸣、管 图1 模型泵全流道三维模型 路自激振荡等，进而引起的压力振荡会造成巨大的 Fig.1 Whole 3-D flow field of model pump. 破坏。因此有必要对核主泵进出口处的压力脉动进 行分析。 —————————————— 中国博士后基金(2013M531173)资助 第一作者：朱跃，1986 年出生，2009 年毕业于南京工