“华龙一号”应急给水泵全汽蚀性能研究

丁世琼

大连深蓝泵业有限公司 辽宁 大连 116031

1 前言

中广核“华龙一号”是我国具有自主知识产权的第三代核电站,应急给水泵(简称ASG泵)为中广核“华龙一号”自主核电技术所衍生出全新核电站的安全用泵,其主要功能为当电厂发生丧失厂外电源且向厂用电切换失败、主给水丧失、主蒸汽或主给水管道破口等事件时,应急给水泵启动,向蒸汽发生器注水。为了“深入分析研究通过优化系统或设备配置解决SLB叠加功率限制故障导致安全壳超压问题的可行性。”提出在SLB工况下,限制ASG最大注入流量,即泵最大流量点的扬程小于系统扬程。通常情况下,泵组的性能曲线为连续下降的抛物线形式,由于应急给水泵有多点工况要求,抛物线的形式已确定,而最大注入流量点要求的扬程并非在确定的抛物线上,按照正常泵的设计理念很难实现。本文研究运用泵发生全部汽蚀的设计理念,满足了应急给水泵多工况点及最大限制流量的要求。

2 技术要求

应急给水泵需要满足参数如下

流量(m3/h):0/25/90/110/138/180

扬程(m):≤1216/—/1077～1109/1013～1043/≤952/≤200

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

(1)一般离心泵工况设计要求为1～2个点,从泵性能参数可以看出,应急给水泵需要满足多个工况点要求,增加了设计难度;

(2)通常离心泵性能曲线为抛物线形式,从应急给水泵性能参数可以看出,从138m3/h到180m3/h,扬程曲线陡降,曲线形式并非为抛物线形式,采用常规的离心泵设计方法无法实现。

为实现应急给水泵曲线的特殊形式,采用泵全汽蚀的设计理念,即在大流量200m3/h时,使泵发生大量汽蚀,从而实现大流量扬程突降,最终满足泵性能参数要求。

3 主要研发手段

为了满足“华龙一号”应急给水泵大流量点全汽蚀的运行要求,采用CFD分析手段对泵组性能及大流量汽蚀点汽蚀性能进行分析,通过水力分析预测泵的流量、扬程以及汽蚀情况,并通过ANSYS软件平台采用气液两相流模型进行数值分析,预测泵在全汽蚀条件下的整机性能。通过不同流量点对首级叶轮汽蚀程度分析,在满足额定工况的汽蚀条件下,确定大流量汽蚀断流点,从而实现大流量点汽蚀。

通过对首级叶轮汽蚀程度的分析,90 m3/h,110 m3/h,138 m3/h,泵汽蚀程度较小,200 m3/h时泵发生汽蚀,开始大量产生气泡,从而导致泵的扬程急剧下降。

4 试验

4.1 试验回路 为减少对被试泵的损害,降低转动部件与静止部件在汽蚀情况下的咬合,保证试验的顺利进行,选用闭式试验系统。试验系统主要包含入口、出口测压装置,入口阀门、出口阀门、流量计、换热器等,其简图如图1所示。

图1 试验系统简图

4.2 试验方法

4.2.1 试验准备工作

(1)检查试验所用的设备、仪表管路应完好无损、无泄漏,仪表量程、精度满足要求,且检定合格;

(2)检查试验系统及管路连接的正确性、设备的开闭、连接状态应符合试验要求;

(3)检查泵与管路连接的密封性,保证试验过程中不漏气不漏水;

(4)检查电器设备,确保电路畅通,安全送电,运行正常;

(5)安全性检查,如旋转部件的安全防护、警示标志等。

4.2.2 全汽蚀试验

(1)启动前进行手动盘车,要求盘车顺畅,无卡死现象及摩擦声音;

(2)点车确保电机旋转方向与泵运转方向一致;

(3)灌泵,使泵充满水;

(4)启动泵组,当电机转速达到额定值时,开启出口管路上的阀门Z004,调整流量至要求值;

(5)开始进行全汽蚀试验,逐渐关闭阀门Z002,同时调整阀门Z004,保证流量不变,直至阀门Z004完全开启,扬程下降为0。

(6)按照上述操作完成不同流量点的全汽蚀试验。

4.2.3 泵整机性能试验

(1)根据全汽蚀试验结果,调整入口压力,使装置汽蚀余量等于大流量点全汽蚀余量。

(2)启动泵组,当电机转速达到额定值时,开启出口管路上的阀门Z004,通过调节阀门Z004,测量泵组性能。

5 试验结果

5.1 大流量全汽蚀试验结果 全汽蚀流量点分别为170m3/h、180m3/h、190m3/h、195m3/h,试验曲线如图2所示:

图2 大流量点全汽蚀曲线

从上述全汽蚀汽蚀数据分析可以看出,当装置汽蚀余量小于5m时,泵在大流量点发生全汽蚀,从而导致扬程突降。

5.2 整机性能结果 当装置汽蚀余量为5m时,对泵组进行性能试验,性能试验结果如下:

流量(m3/h):0/25/90/110/138/180

扬程(m):1206/1192/1093/1021/890/0

6 试验结论

通过理论分析,CFD模拟,试验验证等手段方法,采用全汽蚀的理念,实现“华龙一号”应急给水泵多工况点及大流量点陡降的曲线要求,从而限制在事故工况下进入ASG系统的最大流量,进而解决了SLB叠加功率限制故障导致安全壳超压问题,降低了发生事故的风险。