[发明专利]一种铅冷快堆核主泵的水力性能优化设计方法

权利要求书

1.一种铅冷快堆核主泵的水力性能优化设计方法，其特征在于：在满足给定的设计流量Q_v和扬程H的情况下，对泵壳半径R_s、泵轴半径R_Z、转速n三个变量参数求最优解，来确定泵的最佳设计参数，保证冷却剂在动叶片处的入口流速V₁以及相应的主泵进出口速度最小；其中三变量最佳组合由以下条件确定：动叶片出口处的液流角的反正弦函数值大于0；泵轴半径R_Z小于轮毂半径即泵壳半径R_s；泵壳半径R_s、泵轴半径R_z、转速n三个参数值都大于0；泵壳半径R_s、泵轴半径R_z、转速n三个参数值与入口流速V₁的约束关系如下：

其中：η_v——铅基泵容积系数，为实际流量和理论流量的比值；——叶片排挤系数，为实际的过流断面面积与不考虑叶片厚度流通通道的过流断面面积之比；

动叶片、导叶片的设计采用平面叶栅理论，铅铋泵流道划分成多个共轴线的圆柱流面；

动叶片对应单个圆柱流面上的进口的轴向速度v_m1和出口的轴向速度v_m2通过以下公式求得，其中A_flow为泵内圆柱流道的流通截面积，

泵壳半径R_s、泵轴半径R_z、转速n三参数确定后，能够得出泵轴侧相对圆周分速度u,又由于动叶片入口铅基合金未经动叶片做功加速，因此动叶片入口绝对速度圆周分量v_u1大小忽略，其值取0，在实际优化过程中需要考虑对动叶片出口绝对速度圆周分量v_u2进行线性修正：

式中：H——理论设计扬程，v_u2动叶片出口绝对速度圆周分量，ξ是修正系数，从泵轴到泵壳按线性取值：0.9～1.1；

动叶片在对应圆柱流面处的进口液流角β₁和出口液流角β₂由以下公式确定：

导叶片的进口角α₃由以下公式确定：

α₃＝α_3∞+Δα

α_3∞为理论入流角，Δα导叶片进口冲角，导叶片的作用是消除动叶片出口的速度环量，降低铅基冷却剂的流动速度，希望铅基冷却剂在流出导叶片后能够沿轴向方向流出，此处导叶片出口角α₄直接取90°；

动叶片间节距为t，铅基泵的动叶片数为Z，有

t＝D_nπ/Z

D_n——第n层圆柱流面直径；

动叶片翼型长度l

K为计算比例系数；

导叶片区域的流道宽度W取值为泵壳半径R_s减去泵轴半径R_z，则导叶片叶型长度l_c由以下公式确定：

动叶片包角取值为70°-90°，导叶片出口安放角取值为90°，叶轮叶片厚度取值为5-7mm，导叶片厚度取值为4-6mm。

2.根据权利要求1所述的一种铅冷快堆核主泵的水力性能优化设计方法，其特征在于：铅基泵容积系数η_v取0.95。

3.根据权利要求1所述的一种铅冷快堆核主泵的水力性能优化设计方法，其特征在于：导叶片进口冲角Δα取0°～4°。

4.根据权利要求1所述的一种铅冷快堆核主泵的水力性能优化设计方法，其特征在于：计算比例系数K取值为1.3～1.4。