盲专网 - 核主泵全特性水力设计方法

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2013-03-07

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2013-06-19

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2016-11-30

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2033-03-07

基本信息

有效性	失效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201310072414.0	申请日	2013-03-07
公开/公告号	CN103115019B	公开/公告日	2016-11-30
授权日	2016-11-30	预估到期日	2033-03-07
申请年	2013年	公开/公告年	2016年
缴费截止日
分类号	F04D29/18	主分类号	F04D29/18
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	5
权利要求数量	6	非专利引证数量	2
引用专利数量	3	被引证专利数量	0
非专利引证	1、付强.1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究.《中国博士学位论文全文数据库工程科技II辑》.2011,(第07期),第5-7页.; 2、朱荣生.离心泵叶轮不等扬程水力设计方法研究.《中国博士学位论文全文数据库工程科技II辑》.2011,(第10期),第21-35页.;
引用专利	JP特开平5-195989A、CN101749269A、CN102086884A	被引证专利
专利权维持	9	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权、未缴年费

申请人信息

申请人	江苏大学	第一申请人	江苏大学
专利权人	江苏大学	当前专利权人	江苏大学
发明人	朱荣生、龙云、付强、王秀礼	第一发明人	朱荣生
地址	江苏省镇江市学府路301号	邮编	212013
申请人数量	1	发明人数量	4
申请人所在省	江苏省	申请人所在市	江苏省镇江市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

摘要

本发明涉及一种核主泵全特性水力设计方法。其特征是在核主泵叶轮设计时，把核主泵叶轮的几何参数与泵的全特性联系到一起，结合水泵工况和水轮机工况，达到核主泵在事故工况下能安全稳定运行的要求。采用本发明设计的叶轮可以对叶轮的几何参数进行调节，达到核主泵性能满足各种正常工况和过渡工况要求的目的，特别适用于有水轮机工况要求的叶轮设计。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2023-02-28	未缴年费专利权终止	IPC(主分类): F04D 29/18 专利号: ZL 201310072414.0 申请日: 2013.03.07 授权公告日: 2016.11.30
2	2016-11-30	授权
3	2013-06-19	实质审查的生效	IPC(主分类): F04D 29/18 专利申请号: 201310072414.0 申请日: 2013.03.07
4	2013-05-22	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.核主泵全特性水力设计方法，其特征在于：根据对核主泵性能满足设计工况的流量Q，扬程H，叶轮转速n的要求，控制叶轮几何参数范围，包括叶轮叶片出口宽度b2，叶轮外圆直径D2，叶轮进口直径D0，叶片进口安放角β1，叶片出口安放角β2，叶片包角，使其与泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：
Ds＝D0/D2＝0.72～0.95
Bs＝b2/D2＝0.25～0.34
β1＝β’1+Δβ
式中：K0——泵进口尺寸系数；
K2——叶轮出口直径修正系数；
KD2——D2修正系数；
Kb——叶轮出口宽度修正系数；
Kb2——b2修正系数；
ns——比转数；
Ds——相对直径；
Bs——相对宽度；
Δβ——冲角，°；
δmax·a——叶片轮缘侧最大厚度，m；
δmax·e——叶片轮毂侧最大厚度，m；
——叶片最大厚度处的角度，°。

2.根据权利要求1所述的的核主泵全特性水力设计方法，其特征在于：相对直径的取值范围为Ds＝0.72～0.95。

3.根据权利要求1所述的的核主泵全特性水力设计方法，其特征在于：相对宽度的取值范围为Bs＝0.25～0.34。

4.根据权利要求1所述的的核主泵全特性水力设计方法，其特征在于：冲角的取值范围为Δβ＝8°～12°。

5.根据权利要求1所述的的核主泵全特性水力设计方法，其特征在于：叶片出口安放角的取值范围为β2＝15°～25°。

6.根据权利要求1所述的的核主泵全特性水力设计方法，其特征在于：叶片包角的取值范围为。

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种核主泵全特性水力设计方法，可以在核主泵各种正常工况和过渡工况设计叶轮时使用，尤其适用于对失水事故时核主泵性能参数要求严格的情况使用。

背景技术

[0002] 核反应堆冷却剂主循环泵简称核主泵，是确保核电站安全和可靠运行的最关键动力设备，属于核I级泵，是核岛内唯一旋转设备，也是一回路的压力边界之一。核主泵长期稳定安全地运行对冷却堆芯、以及防止核电站事故的发生尤为重要，因此核主泵常被喻为核电站的心脏。核反应堆在满功率情况下运行，核主泵进口段冷却剂管道突然发生破裂导致失水事故(LOCA)的发生而引起主冷却剂流失，使整个反应堆冷却剂系统压力整体下降。失水事故是指一回路压力边界产生破口或发生破裂，一部分或大部分冷却剂泄露的事故。当破口在热管段，且破口尺寸持续增大时，核主泵将在短时间内发生由泵工况到制动工况的瞬变过渡过程，同时伴随流量逐步减小。当破口在冷管段，且破口尺寸持续增大时，核主泵将在短时间内发生流量突增的瞬变过渡过程。

[0003] 目前，除少数核主泵采用离心式叶轮或轴流式叶轮外，大多数核主泵都采用混流式叶轮，因为这种叶轮可以在大流量的同时，达到比较高的扬程。核主泵具有陡降的性能曲线，这种特性有一个优点：当实际的主冷却剂系统阻力低于计算值时，主泵的流量变化较小。混流泵的结构和性能介于轴流泵和离心泵之间，是一种吸取离心泵和轴流泵优点，补偿两方面缺点的理想模型。但是在事故工况时，核主泵的运行情况十分复杂，导致核主泵实际运行工况偏移，所以单一的以水泵工况参数设计核主泵叶轮不能满足核电站安全稳定运行要求。

[0004] 为了使核主泵能够在各种正常工况和过渡工况运行，保证核电站在事故工况下安全稳定运行，提出一种核主泵全特性水力设计方法是十分必要的。

发明内容

[0005] 为了使核主泵能够在各种正常工况和过渡工况运行，本发明提供了一种核主泵全特性水力设计方法。用本发明设计的叶轮几何参数不仅满足水泵工况的运行要求，同时满足水轮机工况运行要求，尤其适用于失水事故时核主泵的全特性要求。

[0006] 本发明的技术方案是：

[0007] 水泵工况对核主泵的选择起决定性作用，所有核主泵叶轮的设计过程和常规水泵是很相近的，但在事故时下核主泵将处于复杂的过渡工况，需考虑水轮机工况对核主泵安全运行的影响。

[0008] 基本设计参数：

[0009] 设计流量Q(m3/s)

[0010] 设计扬程H(m)

[0011] 额定转速n(r/min)

[0012] 1.比转数ns

[0013]

[0014] 2.叶轮进口直径D0

[0015]

[0016] K0-泵进口尺寸系数，保证效率取K0＝4～4.25，考虑效率和汽蚀时取K0＝4.25～4.5，保证汽蚀性能时取K0＝4.5～5.5。

[0017] 3.叶轮出口平均直径D2

[0018] 设叶轮出口直径为叶轮前后盖板直径的算数平均值，如图1所示。

[0019]

[0020]

[0021]

[0022] K2是叶轮出口直径修正系数，和比转数有关。

[0023] 4.相对直径Ds

[0024] Ds＝D0/D2 (6)

[0025] 由于核主泵叶轮外形尺寸和其叶片特征均更接近于常规水泵，故相对直径Ds取值范围为0.72～0.95。

[0026] 5.出口宽度b2

[0027]

[0028]

[0029] Kb是叶轮出口宽度修正系数，和比转数有关。K2和Kb的值可由《现代泵原理与设计》手册图15-3查得。

[0030] 6.相对宽度Bs

[0031] Bs＝b2/D2 (9)

[0032] 在常规离心泵设计中，对叶片出口宽度趋向于选择较小数值，目的是避免在小流量时流道内过早的出现水流脱离。但对水轮机则为降低进口流速，减小撞击损失，要求进口宽度取得大一些。本发明采用的叶片宽度介于水泵和水轮机要求之间，所以相对宽度Bs的取值范围为0.25～0.34。

[0033] 7.叶片进口安放角β1

[0034] β1＝β’1+Δβ (10)

[0035] 式中Δβ为冲角，根据离心泵设计经验，叶片进水边具有一定量的正冲角对空化特性有利，由于核主泵的比转速高，一般取8°～12°，冲角也不宜取得过大，否则不利于水泵工况运行。

[0036] 8.叶片出口安放角β2

[0037] 轮缘侧叶片安放角β2·sh根据下列公式计算

[0038]

[0039]

[0040]

[0041] 轮毂侧叶片安放角β2·hu

[0042]

[0043]

[0044]

[0045] 叶片出口安放角β2＝15°～25°，比转数大取小值，为保证水轮机工况在低水头或小负荷时的水流稳定性，尽量选择小的β2。

[0046] 9.叶片最大厚度δmax

[0047] 叶片轮缘和轮毂侧最大厚度δmax·a和δmax·e分别由下式确定

[0048]

[0049]

[0050] 10.叶片最大厚度δmax处的位置

[0051]

[0052] 11.叶片包角用大包角可以形成较长的流道而使水流平稳，但伴随而来会有较大的摩擦损失。叶片包角和叶片数可以根据铸造工艺要求选择确定。

实施方案

[0057] 图1和图2共同确定了这个实施例的叶轮形状。它与大多数离心泵叶轮一样，具有叶轮前盖板(1)和叶轮后盖板(2)，是一种闭式叶轮。在图中，叶片(12)的凸面为叶片工作面(13)，叶片的凹面为叶片工作面(14)。本发明通过以下几个关系式来调整叶轮几何参数，叶轮叶片出口宽度b2(4)，叶轮叶片的外圆直径D2(5)，叶轮进口直径D0(8)，叶片进口安放角β1(9)，叶片出口安放角β2(10)，叶片包角使这个实施例的核主泵性能满足设计工况的流量Q，设计工况的扬程H，叶轮转速n的要求。同时通过水轮机工况运行条件进行核主泵水力设计，能够确保核主泵在事故工况下安全稳定运行。

[0058]

[0059]

[0060]

[0061] Ds＝D0/D2＝0.72～0.95

[0062]

[0063]

[0064] Bs＝b2/D2＝0.25～0.34

[0065] β1＝β’1+Δβ

[0066]

[0067]

[0068]

[0069] K0-泵进口尺寸系数，保证效率取K0＝4～4.25，考虑效率和汽蚀时取K0＝4.25～4.5，保证汽蚀性能时取K0＝4.5～5.5。K2是叶轮出口直径修正系数，和比转数有关。Kb是叶轮出口宽度修正系数，和比转数有关。

[0070] 根据离心泵设计经验，叶片进水边具有一定量的正冲角对空化特性有利，由于核主泵的比转速高，一般取Δβ＝8°～12°，冲角也不宜取得过大，否则不利于水泵工况运行。

[0071] 叶片出口安放角β2＝15°～25°，比转数大取小值，为保证水轮机工况在低水头或小负荷时的水流稳定性，尽量选择小的β2。

[0072] 叶片包角用大包角可以形成较长的流道而使水流平稳，但伴随而来会有较大的摩擦损失。叶片包角和叶片数可以根据铸造工艺要求选择确定。

附图说明

[0053] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0054] 图1是本发明专利一个实施例的叶轮轴面剖视图。

[0055] 图2是同一个实施例的叶轮叶片图(揭去叶轮前盖板后从叶轮前盖板朝叶轮后盖板看的叶轮平面剖视图)。

[0056] 图中：1.叶轮前盖板，2.叶轮后盖板，3.叶轮叶片进口宽度，4.叶轮叶片出口宽度b2，5.叶轮出口平均直径D2，6.叶轮前盖板直径D20，7.叶轮后盖板直径D2h，8.叶轮进口直径D0，9.叶片进口安放角β1，10.叶片出口安放角β2，11.叶片包角 12.叶片，13.叶片工作面，14.叶片背面。

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技术领域

背景技术

发明内容

实施方案

附图说明