半開式復合葉輪多級離心泵設計與性能預測方法研究

AP1000化容補水泵等特殊低比轉速多級離心泵在性能上不但具有小流量高揚程的特點,還需保證從關死點到zui大流量的多個工況的性能同時達到使用要求。同時,結構的緊湊性,以及小流量不穩定和大流量過載等問題也是低比轉速泵設計需要重點關注的問題。本文為形成結構緊湊、穩定性好、滿足多工況性能要求的低比轉速多級離心泵設計方法,以AP1000化容補水泵為實例,研究半開式多平衡孔復合葉輪和渦形雙流道導葉的性能,建立其三維流場模擬和性能預測方法,基于計算流體動力學（CFD）技術改進設計了滿足多工況性能要求的水力模型。 探討了低比轉速多級離心泵半開式葉輪、復合葉輪和導葉的設計原理和方法,給出關鍵參數的確定方法,分析了半開式直葉片復合葉輪和渦形雙流道結構的設計要點。 給出了半開式葉輪離心泵全流道三維流動數值模擬方法,以單級半開式葉輪離心泵為模型,考慮葉輪前后間隙、平衡孔、口環間隙等結構,分析不同建模形式、湍流模式、離散方法對性能曲線預測計算精度的影響,完善和驗證了基于三維流動模擬的性能預測方法。 為滿足AP1000化容補水泵四個特殊工況點的性能和結構緊湊型要求,設計了半開式多平衡孔復合直葉片葉輪和渦形流道式導葉結構,建立了包含葉輪、導葉、葉輪前后間隙、密封口環和平衡孔的三維全流道實體模型。基于本文驗證的流場三維數值模擬方法,預測全工況下的水力性能,分析了決定低比轉速多級離心泵各工況性能的關鍵參數。基于模擬結果給出了改善低比轉速多級離心泵性能的結構或設計建議,并改進了過流部件結構,使AP1000化容補水泵模型滿足多工況運行可靠和大流量不過載的設計要求。 本文給出的多級離心泵葉輪與導葉的設計方法,以及相應的三維流動數值模擬和性能預測方法,水力性能上滿足了多工況運行的要求,對低比轉速多級離心泵研究與核電系統補水泵研發具有一定意義。

離心泵是流動介質（氣體和液體，也可以是懸浮顆粒與氣體或液體的混合物）從葉片轉軸根部（進口）進入，介質依靠高速轉動葉片獲得離心力，產生一個高壓，從泄壓口（出口）流出的介質輸送設備。多級離心泵是將具有同樣功能的兩個以上的泵集合在一起，流體通道結構上，表現在*級的介質泄壓口與第二級的進口相通，第二級的介質泄壓口與第三級的進口相通，如此串聯的機構形成了多級離心泵。多級離心泵的意義在于提高設定壓力。