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偏心率对核主泵叶轮口环密封激励力的影响研究

黎义斌 庞敏超 王岩 王秀勇

黎义斌, 庞敏超, 王岩, 王秀勇. 偏心率对核主泵叶轮口环密封激励力的影响研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 190-198. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0190
引用本文: 黎义斌, 庞敏超, 王岩, 王秀勇. 偏心率对核主泵叶轮口环密封激励力的影响研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 190-198. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0190
Li Yibin, Pang Minchao, Wang Yan, Wang Xiuyong. Study on the Influence of Eccentricity Ratio on the Sealing Excitation Force Caused by Impeller Wear-ring of a Reactor Coolant Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 190-198. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0190
Citation: Li Yibin, Pang Minchao, Wang Yan, Wang Xiuyong. Study on the Influence of Eccentricity Ratio on the Sealing Excitation Force Caused by Impeller Wear-ring of a Reactor Coolant Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 190-198. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0190

偏心率对核主泵叶轮口环密封激励力的影响研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0190
基金项目: 国家自然科学基金(51866009);国防基础科研计划(JCKY2019427D001)
详细信息
    作者简介:

    黎义斌(1977—),男,教授,博士生导师,主要从事核主泵内部流动及其激励机制研究,E-mail:liyibin58@163.com

  • 中图分类号: TL334

Study on the Influence of Eccentricity Ratio on the Sealing Excitation Force Caused by Impeller Wear-ring of a Reactor Coolant Pump

  • 摘要: 为探究转子偏心率对核主泵转子密封激励力的影响,基于雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,选取平面密封、迷宫密封和螺旋密封3种口环结构方案,对核主泵口环间隙内部流动进行数值计算,得到口环间隙区域压力、泄漏量及其密封激励力的分布规律。结果表明,模型泵性能预测值和试验值较为吻合,扬程最大误差为4.78%。在转子无偏心时,相对于平面密封,采用螺旋密封方案时口环泄漏量显著降低93.1%,而密封激励力增加63%。偏心率为10%时,口环压力分布沿周向较为均匀;当偏心率为30%时,周向靠近偏心位置处,口环间隙内部产生带状压力突升区,相对于无偏心方案,平面密封的泄漏量显著降低43.6%,而密封激励力增大4.4倍,迷宫密封和螺旋密封方案可显著降低转子偏心产生的密封激励力,其中迷宫密封可显著降低55%;偏心率为50%时,口环间隙内部带状压力突升区域偏向高压侧。本数值预测方法为揭示偏心转子对核主泵口环密封激励力的影响提供理论依据。

     

  • 图  1  核主泵三维模型示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of Three Dimensional Model of Reactor Coolant Pump

    图  2  3种口环密封结构

    Figure  2.  Three Types of Wear-ring Sealing Structures

    图  3  偏心转子示意图

    Figure  3.  Diagram of Eccentric Rotor

    图  4  模型泵计算域

    Figure  4.  Calculation Domain of Model Pump

    图  5  口环间隙网格

    Figure  5.  Mesh of Wear-Ring Clearance

    图  6  网格无关性验证

    Figure  6.  Grid Independence Verification

    图  7  闭式实验台

    Figure  7.  Closed Test System

    图  8  模型泵外特性曲线

    Figure  8.  External Characteristic Curve of Model Pump

    图  9  口环间隙处泄漏量对比

    Figure  9.  Comparison of Leakage at Clearance of Wear-Ring

    图  10  无偏心时口环密封中间环面压力分布

    Figure  10.  Pressure Distribution in Middle Annulus of Wear-Ring with Non-Eccentricity

    图  11  不同偏心率时平面口环间隙中间环面压力分布

    Figure  11.  Pressure Distribution in Middle Annulus of Plane Wear-Ring with Different Eccentricity Ratio

    图  12  30%偏心率时口环密封中间环面压力分布

    Figure  12.  Pressure Distribution of Middle Annulus of Wear-Ring with 30% Eccentricity Ratio

    图  13  不同偏心率时平面口环密封激励力力分布

    Figure  13.  Sealing Excitation Force Distribution of Plane Wear-Ring with Different Eccentricity Ratio

    图  14  无偏心时口环密封激励力分布

    Figure  14.  Sealing Excitation Force Distribution of Wear-Ring with Non-Eccentricity

    图  15  30%偏心率时口环密封激励力分布

    Figure  15.  Sealing Excitation Force Distribution of Wear-Ring with 30% Eccentricity Ratio

    表  1  模型泵额定参数

    Table  1.   Rated Parameters of Model Pump

    额定参数数值
    流量(Q)/(m3·h−1)3085
    扬程(H)/m25.7
    转速/(r·min−1)1485
    效率/%82.5
    下载: 导出CSV

    表  2  口环密封主要几何参数

    Table  2.   Main Geometric Parameters of Wear-Ring Sealing

    参数理论值/mm
    口环密封直径(D394
    口环密封长度(l100
    口环密封间隙(h0.4
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-04
  • 修回日期:  2021-04-21
  • 刊出日期:  2021-12-09

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