一種核電站用正常余熱排出泵的葉輪水力優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于核電技術領域，特別涉及一種核電站用正常余熱排出栗的葉輪水力優(yōu) 化方法。
【背景技術】
[0002] CAP1400正常余熱核電站用正常余熱排出栗（以下簡稱CAP1400余排栗)是CAP1400 核電廠正常余熱排出系統(tǒng)(RNS)的重要設備，位于輔助廠房內(nèi)，其主要功能有：（1)在電廠正 常停堆期間排出反應堆冷卻劑系統(tǒng)的熱量;（2)啟堆時，維持反應堆冷卻劑系統(tǒng)真空充水冷 卻；（3)停堆時，如果需要，維持乏燃料池冷卻；（4)失水事故后，從裝料池或安全殼內(nèi)置換料 水箱吸水，提供非安全低壓注射；（5)安全殼水淹后，從地坑吸水，進行安全殼再循環(huán)冷卻； (6)系統(tǒng)意外超壓后，維持壓力邊界完整性。
[0003] CAP1400余熱核電站用正常余熱排出栗性能要求見表1:
表1 由表1可知，CAP1400核電站用正常余熱排出栗性能要求較高，因此葉輪、導葉水力設計 是整臺栗設計的難點及關鍵點。根據(jù)傳統(tǒng)水栗設計方法一一基于枚舉法的模型相似換算， 查找公司現(xiàn)有水力模型庫，無比轉速相等或相近的栗，需重新設計。因影響水栗性能的設計 參數(shù)較多，如逐一改變參數(shù)重新設計后，加工、制造、驗證其性能，工作量大、成本高、周期 長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要解決上述技術問題，提供一種核電站用正常余熱排出栗的葉 輪、導葉水力優(yōu)化方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種核電站用正常余熱排出栗的葉 輪水力優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下優(yōu)化步驟： 1) 、確定目標函數(shù):首先通過經(jīng)驗設計法對正常余熱排出栗水力部件的葉輪、導葉作初 步的水力設計，并利用Fluent軟件對該水力進行數(shù)值模擬，并加工樣機進行性能測試，數(shù)值 模擬及樣機測試結果基本符合，后續(xù)優(yōu)化設計過程中可用數(shù)值模擬結果替代性能實測值； 2) 、設定自變量和初始值:選取如下影響栗效率的關鍵因素:葉輪出口安放角、導葉葉 片數(shù)、導葉進口寬度以及導葉出口寬度，并選取葉輪出口安放角、導葉葉片數(shù)、導葉進口寬 度以及導葉出口寬度在大、中、小三個水平的相應數(shù)值； 其中：（A)、因素:試驗中，凡對試驗指標可能產(chǎn)生影響的原因都稱為因素，類似于數(shù)學 中的自變量;如葉輪出口安放角、導葉葉片數(shù)、導葉進口寬度以及導葉出口寬度為影響試驗 指標揚程及效率的4個因素； (B)、水平:因素在試驗中所處的各種狀態(tài)或所取的不同值，稱為該因素的水平;如因素 A葉輪出口安放角的三個水平為:Al=ll°，A2=14°，A3=18° ; 3) 、制定正交試驗方案:根據(jù)影響栗水力性能的各關鍵因素在大、中、小三個水平的數(shù) 值進行排列組合，并得到9組不同的水力正交設計方案； 4) 、執(zhí)行試驗:分別對9組不同的水力正交設計方案中的葉輪、導葉以及栗體內(nèi)部流道 進行三維造型和網(wǎng)格劃分； 5) 、目標函數(shù)值計算:采用Fluent軟件分別對9組方案進行數(shù)值模擬，得出最小流量、額 定流量、最大流量下的揚程和效率結果，并繪制流量-揚程(Q-H)及流量-效率(Q-n)性能曲 線圖； 6) 、尋找最優(yōu)組合:根據(jù)流量-揚程(Q-H)性能曲線圖和流量-效率(Q-ri)性能曲線圖提 取額定流量點效率值的Fluent數(shù)值模擬結果，再利用極差分析法對額定流量點效率進行數(shù) 據(jù)處理，并結合各因素在不同水平時對栗效率的影響趨勢，選出最優(yōu)組合方案;其中，極差 分析法所采用的極差公式為：
式中:為j因素 i水平的平均 值;且各因素極差Rj反映該因素水平變動時栗效率的變動幅度，Rj越大，影響越大； 7) 、檢查是否符合設計要求： A) 、如符合，完成正常余熱排出栗水力部件的葉輪、導葉作初步的水力設計； B) 、如不符合，重復步驟2)。
[0006] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明運用經(jīng)驗設計法進行初步水力設計，并將該設計結果 作為后續(xù)正交試驗的初始值輸入，確定目標函數(shù)及關鍵因素，利用極差分析法尋找最優(yōu)組 合，減小了工作量，縮短了優(yōu)化周期，降低了優(yōu)化成本，推廣應用具有良好的經(jīng)濟和社會效 益。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明的流量-揚程(Q-H)性能曲線圖。
[0008] 圖2為本發(fā)明的流量-效率(Q-n)性能曲線圖。
[0009] 圖3為本發(fā)明的各因素不同水平對栗效率影響趨勢圖。
[0010] 圖4為本發(fā)明的優(yōu)化流程示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限制： 如附圖4所示，一種核電站用正常余熱排出栗的葉輪水力優(yōu)化方法，其特征在于，包括 如下優(yōu)化步驟： 1)、確定目標函數(shù):首先通過經(jīng)驗設計法對正常余熱排出栗水力部件的葉輪、導葉作初 步的水力設計，并利用Fluent軟件對該水力進行數(shù)值模擬，并得到數(shù)值模擬結果，栗揚程已 經(jīng)滿足要求，而效率未達規(guī)范書要求，且最高效率點往大流量偏移，因此選取栗效率為本優(yōu) 化試驗的目標函數(shù)； 2 )、設定自變量和初始值:選取如下影響栗效率的關鍵因素:葉輪出口安放角、導葉葉 片數(shù)、導葉進口寬度以及導葉出口寬度，并選取葉輪出口安放角、導葉葉片數(shù)、導葉進口寬 度以及導葉出口寬度在大、中、小三個水平的相應數(shù)值； 其中：（A)、因素:試驗中，凡對試驗指標可能產(chǎn)生影響的原因都稱為因素，類似于數(shù)學 中的自變量;如葉輪出口安放角、導葉葉片數(shù)、導葉進口寬度以及導葉出口寬度為影響試驗 指標揚程及效率的4個因素； (B)、水平:因素在試驗中所處的各種狀態(tài)或所取的不同值，稱為該因素的水平;如因素 A葉輪出口安放角的三個水平為:Al=ll°，A2=14°，A3=18° ; 3) 、制定正交試驗方案:根據(jù)影響栗水力性能的各關鍵因素在大、中、小三個水平的數(shù) 值進行排列組合，并得到9組不同的水力正交設計方案； 4) 、執(zhí)行試驗:分別對9組不同的水力正交設計方案中的葉輪、導葉以及栗體內(nèi)部流道 進行三維造型和網(wǎng)格劃分； 5) 、目標函數(shù)值計算:采用Fluent軟件分別對9組方案進行數(shù)值模擬，得出最小流量、額 定流量、最大流量下的揚程和效率結果，并繪制流量-揚程(Q-H)及流量-效率(Q-n)性能曲 線圖； 6) 、尋找最優(yōu)組合:根據(jù)流量-揚程(Q-H)性能曲線圖和流量-效率(Q-ri)性能曲線圖提 取額定流量點效率值的Fluent數(shù)值模擬結果，再利用極差分析法對額定流量點效率進行數(shù) 據(jù)處理，并結合各因素在不同水平時對栗效率的影響趨勢，選出最優(yōu)組合方案;其中，極差 分析法所采用的極差公式為：
式中:?為j因素 i水平的平均值;且各因 素極差Rj反映該因素水平變動時栗效率的變動幅度，Rj越大，影響越大； 7) 、檢查是否符合設計要求： A) 、如符合，完成正常余熱排出栗水力部件