高温熔盐泵水力优化设计及转子强度校核

发布时间：2020-05-17 07:59

【摘要】：本文以江苏省重点研发计划省重点项目(BE2015129)和镇江市重点研发项目(GY2016018)为支撑,对高温熔盐泵水力几何参数进行优化设计。熔盐由于其传热无相变、传热均匀、系统压力低、安全可靠等优点而成为重要的冷却传热介质。以高温熔盐为介质的高温熔盐泵作为熔盐堆一回路的主循环泵,是四代核电熔盐堆的“心脏”,但是国内外对其相关研究较少。随着国内制造业的逐渐发展,国内有部分厂家开始在仿制国外产品的基础上对熔盐泵进行国产化研究,但其产品大都仅用于化工生产流程中,对核电中熔盐泵的研究较少,因此对高温熔盐泵的研发已经成为当前研究的重要课题。本文以Q=20.2m3/h,H=9m,n=1450r/min,最高工作温度为500℃的高温熔盐泵样机为研究对象,采用实用统计分析方法对其过流部件水力几何参数进行优化设计,通过数值模拟和试验研究相结合的方法,分析了高温熔盐泵的内部流动规律和转子的应力分布及变化。主要研究内容有:1.对叶轮进口直径D0、叶轮叶片出口宽度b2、导叶叶片数Z等8个几何参数进行水力设计、正交优化设计,获得18组水力几何参数模型。根据18组初步获得的熔盐泵样机的数值模拟结果,通过逐步回归分析、二次多项式回归分析和BP神经网络模型分析的方法,得到3组水力几何参数模型。在此基础上,对以上3个水力模型进行详细的外特性数值模拟分析,最终获得1组性能最优的水力几何参数组合模型。2.对熔盐泵模型样机进行全流场数值模拟,分析熔盐温度对泵内部流动规律的影响。结果表明:温度对扬程和效率的影响不大;在相同流量下,当温度从300℃上升到400℃,叶轮流道内的静压有明显变小的趋势;当温度从400℃上升到500℃,叶轮流道内的静压变化趋势不明显。当熔盐泵的运行温度为500℃时,在设计流量工况点,叶轮和导叶内部有漩涡出现,流体在导叶内流动较前2个温度紊乱。3.对熔盐温度为500℃时熔盐泵进水管、叶轮、空间导叶和出水管的压力脉动进行研究,结果发现进水管和出水管处的压力脉动无明显规律,出水管内监测点在小流量工况下会出现高频压力脉动。叶轮内压力脉动主频变化规律和导叶叶片数相关,压力脉动波在导叶内的衰减速度比叶轮快。4.基于Workbench对高温熔盐泵转子进行流固热耦合,结果表明:当流场条件相同时,叶片在流固热和热固耦合作用下的变形程度相差不大;流固热耦合时叶片的最大变形量约为流固耦合时叶片形变量的40倍左右。通过热固耦合发现,叶片工作面最大变形位置出现在叶轮外缘处;流固耦合作用时,叶片应变规律和热固耦合时应变规律相似;叶轮等效应力最大的位置主要集中在叶轮出口处叶片和前、后盖板接触的区域;叶片与叶轮轮毂接触的区域出现了不同程度的应力集中现象。5.通过对熔盐泵样机转子进行强度分析,结果表明,样机转子部件满足500℃的运行强度要求。
【图文】：

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统化石燃料相比，核能是一种较为清洁的能源，无有害气体的释发展的方向[4-6]，但是 2011 年发生在日本的核电站爆炸事故让世的发展开始慎重起来[7-8]。从核电的发展来看，早期核电站的建核能利用的可行性，从第三代核电站开始，核能的发展开始进入，世界各地建设了大量的核电站[9-10]。但是核电站事故的发生使重视核电站安全性能的问题[11-12]。目前，世界各国都在不同程度电反应堆的研究[13-14]。，最具前景的第四代反应堆主要有六种[15]：铅冷却快堆(LFR)、体冷却快堆(GFR)、超临界水冷堆(SCWR)、超高温气冷堆(VH堆(SFR)，，图 1.1 为第一代到第四代堆型示意图，表 1.1 为四代反比。

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结构示意图
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL426

【参考文献】