Численное исследование влияния основных параметров проточной части питательных насосов на их энергетические характеристики

Введение. Рабочие колёса и направляющие аппараты многоступенчатых питательных насосов — важнейшие компоненты агрегата. Наиболее ответственными параметрами проточной части являются: d_вт/D₂, D₀/D₂, D₃/D₂, b₃/b₂. Определение оптимальных значений указанных параметров — актуальная задача, т.к. они соответствуют наиболее эффективной работе насосов. Проведение физического эксперимента для исследования большого количества параметров проблематично из-за существенных финансовых и временных затрат. Однако, применение методов трёхмерного математического моделирования минимизирует данные трудности. Объекты исследования – многоступенчатые питательные насосы для АЭС с коэффициентами быстроходности ступеней n_s = 71, 103 и 137.

Цель работы — с помощью методов трёхмерного математического моделирования выполнить поиск оптимальных значений параметров проточной части питательного насоса (d_вт/D₂, D₀/D₂, D₃/D₂, b₃/b₂) и определить их влияние на эффективность работы агрегата.

Материалы и методы. Поиск оптимальных значений параметров выполнялся с применением трёхмерных гидродинамических расчётов течения вязкой жидкости. Расчетные модели — полноразмерные, состоящие из подвода, рабочего колеса и направляющего аппарата последней ступени. Расчётные сетки — неструктурированные. Численные расчёты проводились CFD методом при варьировании геометрии рабочего колеса и направляющего аппарата.

Результаты. Численные исследования показали, что d_вт/D₂ необходимо выбирать минимальным. Оптимальное расчётное значение D₀/D₂ для n_s = 71, 103, 137 составляет 0,50; 0,57; 0,60 соответственно. Оптимальный расчётный диапазон b₃/b₂ для n_s = 71, 103, 137 составляет (1,0…1,3); (1,1…1,4); (1,2…1,5) соответственно. Оптимальное численное значение D₃/D₂ для ступени с n_s = 71 соответствует минимальному из исследуемого диапазона (1,02); для ступени с n_s = 103 существует тенденция к снижению гидравлических потерь с увеличением D₃/D₂ на всем рассматриваемом промежутке (до 1,08); для ступени с n_s = 137 увеличение параметра D₃/D₂ не оказывает существенного влияния на рост гидравлических потерь.

Заключение. Проведённые численные исследования и анализ полученных результатов показали, что значения оптимальных параметров D₀/D₂ и b₃/b₂ увеличиваются с ростом быстроходности ступени. Уменьшение втулочного отношения способствует снижению скорости потока на входе в рабочее колесо, а, следовательно, снижает гидравлические потери, поэтому необходимо выбирать минимальное значение данного параметра с учётом обеспечения требований прочности и надёжности. В рамках исследуемого диапазона оптимум D₃/D₂ для n_s = 71 и n_s = 103 равен минимальному и максимальному значениям соответственно; для n_s = 137 явный оптимум не выявлен.