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流体机械 2024年第7期52卷 24-32页

作者：王天任李瑞霞周文博姬忠礼张永学祁紫伟中石化新星(北京)新能源研究院有限公司北京100083 中国石化地热资源开发利用重点实验室北京100083 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 重庆江增船舶重工有限公司重庆402263

为了提升地热井用潜水泵的运行效率,根据地热井用潜水泵的流动参数和实际运行工况,完成了两级潜水泵过流部件水力设计,并进行了全流道流动数值模拟和试验验证;采用熵产分析法定位了潜水泵内流场的高能耗区域,主要集中在级间交汇和动静... 详细信息

为了提升地热井用潜水泵的运行效率,根据地热井用潜水泵的流动参数和实际运行工况,完成了两级潜水泵过流部件水力设计,并进行了全流道流动数值模拟和试验验证;采用熵产分析法定位了潜水泵内流场的高能耗区域,主要集中在级间交汇和动静部件干涉处;采用正交设计和结构参数敏感性分析方法,确定了结构参数对潜水泵性能的影响规律,以叶轮叶片出口角、出口宽度、叶片包角和导叶轴向长度为优化变量,以扬程和效率为优化目标,通过遗传算法、最优拉丁超立方采样和熵权TOPSIS法对两级潜水泵进行水力优化。结果表明,额定工况下,优化泵的扬程增加了24.9%,效率增加了5.7%,总水力损失减小了1024.9 W,高能耗区域明显降低,水力性能显著提升,分离流、二次回流和冲击流动等不良流动得到显著抑制;大流量工况处理能力大幅度提升,高效区间范围扩大了70%,运行稳定性得到显著提高。研究内容为潜水泵的设计及内流场研究提供理论指导。

关键词：地热井用潜水泵熵产诊断能量损失水力性能优化

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四代熔盐核主泵模型泵水力性能优化及试验

四代熔盐核主泵模型泵水力性能优化及试验

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作者：何相慧江苏大学

学位级别：硕士

熔盐堆是第四代核反应堆的堆型之一,核反应堆冷却剂主循环泵(核主泵)作为一回路主系统中唯一高速旋转的设备,被喻为核电站的“心脏”。熔盐核主泵与一般的水泵不同,在设计时需要考虑高温熔盐的物理性质、水力要求以及运行工况,这给熔盐... 详细信息

熔盐堆是第四代核反应堆的堆型之一,核反应堆冷却剂主循环泵(核主泵)作为一回路主系统中唯一高速旋转的设备,被喻为核电站的“心脏”。熔盐核主泵与一般的水泵不同,在设计时需要考虑高温熔盐的物理性质、水力要求以及运行工况,这给熔盐泵的设计提出了更高的要求。水力模型泵的设计和试验研究是进行熔盐泵真机研究的前提保障,因此本文对一台四代熔盐核主泵模型泵进行了数值模拟、试验和水力性能优化,以期为我国四代熔盐核主泵的设计提供技术积累。本文的主要研究工作和成果如下:1.总结了核电的发展趋势,以及离心泵的压力脉动、径向力、轴向力和振动噪声的研究现状。2.基于CFD对熔盐核主泵模型泵进行了全流场非定常数值计算,并对不同工况泵的外特性、内流场、径向力和压力脉动进行了分析。结果表明:计算的效率为73.22%,扬程为16.11m。导叶和环形蜗室的压力分布矢量为六角星状(导叶叶片数为6),且由5条(叶轮叶片数为5)基本重合的曲线组成,但其在四个象限中的分布不均匀;导叶不同流道内同一位置测点的压力脉动规律相同,越靠近导叶进口的测点波动越剧烈;环形蜗室关于导叶中心线对称的测点的压力脉动规律相同。3.试制熔盐核主泵模型泵,并对其进行外特性、汽蚀、压力脉动和振动噪声试验,试验结果表明:效率仅为71.47%;0.6Qd、0.8Qd和1.0Qd工况下泵的临界汽蚀余量分别为2.82m、3.46m和3.8m;靠近出口扩散段的测点压力脉动幅值较大;由于不稳定涡的原因,出口法兰处产生了以450Hz为中心的宽频振动;各个测点振动烈度的大小排列为:进出口法兰>轴承两侧>电机底座>泵底座>泵体,流体诱导振动受环形蜗室未倒角的影响,在实际流动时产生碰撞冲击,导致振动烈度上升,模型泵的振动等级为B级。4.为了提高模型泵的水力性能,对模型泵进行了水力性能优化,并进行数值计算分析,结果表明:方案二的计算效率最高,比原模型的提高了6.37个百分点;切削背叶片对模型泵的轴向力有一定的影响,设计工况下,原模型和方案二分别可以平衡89.47%和62.74%的轴向力;优化后,典型测点的压力脉动径向力波动情况都得到了改善,压力分布矢量分布更加均匀。5.对优化方案二进行试验验证,结果表明:优化模型的效率比原模型提高了5.26个百分点;优化后出口法兰处的宽频振动消失,且其他测点的谐频减少;受出口压力增大的影响,出口法兰的振动烈度比原模型大4%,但轴承两侧的振动烈度下降了14.2%和17.5%;经过环形蜗室出口扩散段倒角后,流体诱导振动减小,优化后泵的振动级别为A级,优化效果明显;优化后泵的临界汽蚀余量在0.6Qd、0.8Qd和1.0Qd分别比原模型下降了5.67%、6.64%和6.82%。

关键词：四代熔盐核主泵模型泵水力性能优化数值计算试验

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