“華龍一號(hào)”應(yīng)急給水泵全汽蝕性能研究

丁世瓊

大連深藍(lán)泵業(yè)有限公司 遼寧 大連 116031

1 前言

中廣核“華龍一號(hào)”是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代核電站,應(yīng)急給水泵(簡(jiǎn)稱ASG泵)為中廣核“華龍一號(hào)”自主核電技術(shù)所衍生出全新核電站的安全用泵,其主要功能為當(dāng)電廠發(fā)生喪失廠外電源且向廠用電切換失敗、主給水喪失、主蒸汽或主給水管道破口等事件時(shí),應(yīng)急給水泵啟動(dòng),向蒸汽發(fā)生器注水。為了“深入分析研究通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)或設(shè)備配置解決SLB疊加功率限制故障導(dǎo)致安全殼超壓?jiǎn)栴}的可行性。”提出在SLB工況下,限制ASG最大注入流量,即泵最大流量點(diǎn)的揚(yáng)程小于系統(tǒng)揚(yáng)程。通常情況下,泵組的性能曲線為連續(xù)下降的拋物線形式,由于應(yīng)急給水泵有多點(diǎn)工況要求,拋物線的形式已確定,而最大注入流量點(diǎn)要求的揚(yáng)程并非在確定的拋物線上,按照正常泵的設(shè)計(jì)理念很難實(shí)現(xiàn)。本文研究運(yùn)用泵發(fā)生全部汽蝕的設(shè)計(jì)理念,滿足了應(yīng)急給水泵多工況點(diǎn)及最大限制流量的要求。

2 技術(shù)要求

應(yīng)急給水泵需要滿足參數(shù)如下

流量(m3/h):0/25/90/110/138/180

揚(yáng)程(m):≤1216/—/1077～1109/1013～1043/≤952/≤200

NPSHa(m):—/≤11.48/≤11.30/≤11.30/≤6.89/—

(1)一般離心泵工況設(shè)計(jì)要求為1～2個(gè)點(diǎn),從泵性能參數(shù)可以看出,應(yīng)急給水泵需要滿足多個(gè)工況點(diǎn)要求,增加了設(shè)計(jì)難度;

(2)通常離心泵性能曲線為拋物線形式,從應(yīng)急給水泵性能參數(shù)可以看出,從138m3/h到180m3/h,揚(yáng)程曲線陡降,曲線形式并非為拋物線形式,采用常規(guī)的離心泵設(shè)計(jì)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

為實(shí)現(xiàn)應(yīng)急給水泵曲線的特殊形式,采用泵全汽蝕的設(shè)計(jì)理念,即在大流量200m3/h時(shí),使泵發(fā)生大量汽蝕,從而實(shí)現(xiàn)大流量揚(yáng)程突降,最終滿足泵性能參數(shù)要求。

3 主要研發(fā)手段

為了滿足“華龍一號(hào)”應(yīng)急給水泵大流量點(diǎn)全汽蝕的運(yùn)行要求,采用CFD分析手段對(duì)泵組性能及大流量汽蝕點(diǎn)汽蝕性能進(jìn)行分析,通過(guò)水力分析預(yù)測(cè)泵的流量、揚(yáng)程以及汽蝕情況,并通過(guò)ANSYS軟件平臺(tái)采用氣液兩相流模型進(jìn)行數(shù)值分析,預(yù)測(cè)泵在全汽蝕條件下的整機(jī)性能。通過(guò)不同流量點(diǎn)對(duì)首級(jí)葉輪汽蝕程度分析,在滿足額定工況的汽蝕條件下,確定大流量汽蝕斷流點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)大流量點(diǎn)汽蝕。

通過(guò)對(duì)首級(jí)葉輪汽蝕程度的分析,90 m3/h,110 m3/h,138 m3/h,泵汽蝕程度較小,200 m3/h時(shí)泵發(fā)生汽蝕,開(kāi)始大量產(chǎn)生氣泡,從而導(dǎo)致泵的揚(yáng)程急劇下降。

4 試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)回路 為減少對(duì)被試泵的損害,降低轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件在汽蝕情況下的咬合,保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行,選用閉式試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)主要包含入口、出口測(cè)壓裝置,入口閥門、出口閥門、流量計(jì)、換熱器等,其簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

4.2 試驗(yàn)方法

4.2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

(1)檢查試驗(yàn)所用的設(shè)備、儀表管路應(yīng)完好無(wú)損、無(wú)泄漏,儀表量程、精度滿足要求,且檢定合格;

(2)檢查試驗(yàn)系統(tǒng)及管路連接的正確性、設(shè)備的開(kāi)閉、連接狀態(tài)應(yīng)符合試驗(yàn)要求;

(3)檢查泵與管路連接的密封性,保證試驗(yàn)過(guò)程中不漏氣不漏水;

(4)檢查電器設(shè)備,確保電路暢通,安全送電,運(yùn)行正常;

(5)安全性檢查,如旋轉(zhuǎn)部件的安全防護(hù)、警示標(biāo)志等。

4.2.2 全汽蝕試驗(yàn)

(1)啟動(dòng)前進(jìn)行手動(dòng)盤車,要求盤車順暢,無(wú)卡死現(xiàn)象及摩擦聲音;

(2)點(diǎn)車確保電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與泵運(yùn)轉(zhuǎn)方向一致;

(3)灌泵,使泵充滿水;

(4)啟動(dòng)泵組,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時(shí),開(kāi)啟出口管路上的閥門Z004,調(diào)整流量至要求值;

(5)開(kāi)始進(jìn)行全汽蝕試驗(yàn),逐漸關(guān)閉閥門Z002,同時(shí)調(diào)整閥門Z004,保證流量不變,直至閥門Z004完全開(kāi)啟,揚(yáng)程下降為0。

(6)按照上述操作完成不同流量點(diǎn)的全汽蝕試驗(yàn)。

4.2.3 泵整機(jī)性能試驗(yàn)

(1)根據(jù)全汽蝕試驗(yàn)結(jié)果,調(diào)整入口壓力,使裝置汽蝕余量等于大流量點(diǎn)全汽蝕余量。

(2)啟動(dòng)泵組,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時(shí),開(kāi)啟出口管路上的閥門Z004,通過(guò)調(diào)節(jié)閥門Z004,測(cè)量泵組性能。

5 試驗(yàn)結(jié)果

5.1 大流量全汽蝕試驗(yàn)結(jié)果 全汽蝕流量點(diǎn)分別為170m3/h、180m3/h、190m3/h、195m3/h,試驗(yàn)曲線如圖2所示:

圖2 大流量點(diǎn)全汽蝕曲線

從上述全汽蝕汽蝕數(shù)據(jù)分析可以看出,當(dāng)裝置汽蝕余量小于5m時(shí),泵在大流量點(diǎn)發(fā)生全汽蝕,從而導(dǎo)致?lián)P程突降。

5.2 整機(jī)性能結(jié)果 當(dāng)裝置汽蝕余量為5m時(shí),對(duì)泵組進(jìn)行性能試驗(yàn),性能試驗(yàn)結(jié)果如下:

流量(m3/h):0/25/90/110/138/180

揚(yáng)程(m):1206/1192/1093/1021/890/0

6 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)理論分析,CFD模擬,試驗(yàn)驗(yàn)證等手段方法,采用全汽蝕的理念,實(shí)現(xiàn)“華龍一號(hào)”應(yīng)急給水泵多工況點(diǎn)及大流量點(diǎn)陡降的曲線要求,從而限制在事故工況下進(jìn)入ASG系統(tǒng)的最大流量,進(jìn)而解決了SLB疊加功率限制故障導(dǎo)致安全殼超壓?jiǎn)栴},降低了發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。