一种核主泵连接管道非均匀来流抑制结构
阅读说明：本技术 一种核主泵连接管道非均匀来流抑制结构 (Non-uniform incoming flow restraining structure of nuclear main pump connecting pipeline ) 是由 龙云 强壮 朱荣生 于 2021-01-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种核主泵连接管道非均匀来流抑制结构,在连接管内设有导流板组件,导流板组件包括长板、短板、第一扭板和第二扭板；长板和短板均为长方形平板,设过管道轴线的一个轴向切面为基准面,所述长板和短板均位于此基准面上,且两者相对设置,分别固定在连接管相对的两侧内壁上；第一扭板和第二扭板分别固定在基准面两侧的管道内壁上,并相对基准面呈镜像对称；第一扭板和第二扭板的外形都为由长方形平板扭转变形而成,且扭转方向为：沿水流方向由长板侧向短板侧扭转。本发明抑制结构,能够在保证连接管总体输水速度不变的情况下,抑制管道内的非均匀来流,保障核主泵的平稳运行。(The invention provides a non-uniform inflow inhibition structure of a nuclear main pump connecting pipeline, wherein a guide plate assembly is arranged in a connecting pipe, and comprises a long plate, a short plate, a first torsion plate and a second torsion plate; the long plate and the short plate are rectangular flat plates, one axial tangent plane passing through the axis of the pipeline is a reference plane, and the long plate and the short plate are both positioned on the reference plane and are oppositely arranged and are respectively fixed on the inner walls of two opposite sides of the connecting pipe; the first torsion plate and the second torsion plate are respectively fixed on the inner walls of the pipelines at two sides of the datum plane and are in mirror symmetry relative to the datum plane; the first torsion plate and the second torsion plate are formed by twisting and deforming rectangular flat plates, and the twisting direction is as follows: the water flow direction is twisted from the long plate side to the short plate side. The inhibition structure can inhibit non-uniform incoming flow in the pipeline and ensure the stable operation of the nuclear main pump under the condition of ensuring that the overall water delivery speed of the connecting pipe is not changed.)
技术领域
本发明属于流体系统领域，具体涉及一种核主泵连接管道非均匀来流抑制结构。
背景技术
反应堆冷却剂循环泵，即核主泵，是关系核电站安全运行的重要设备。目前中国第三代核电技术中，冷却剂循环系统由反应堆和两条环路组成，布局紧凑，每条环路有一台蒸汽发生器和两台立式主泵，主泵倒置安装在蒸汽发生器底部，从而主管道省去了U形连接管，降低了管道系统阻力。但是这种设计导致核主泵至蒸汽发生器下腔室的连接部分较短，从而引起核主泵进口的来流为非均匀流动。
非均匀来流流道截面速度分布不均匀，速度梯度过大，使得主泵叶轮叶片及泵轴受力不均匀，加剧振动磨损，同时还会使得泵工作效率降低；因此抑制非均匀来流，对于保障核主泵性能十分关键。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了核主泵连接管道非均匀来流抑制结构，用以使连接管内的流速分布趋于平稳。
本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种核主泵连接管道非均匀来流抑制结构：在连接管内设有导流板组件，导流板组件包括长板、短板、第一扭板和第二扭板；长板和短板均为长方形平板，设过连接管管道轴线的一个轴向切面为基准面，所述长板和短板均位于此基准面上，且两者相对设置，分别固定在连接管相对的两侧内壁上；第一扭板和第二扭板分别固定在基准面两侧的连接管管道内壁上，并相对基准面呈镜像对称；第一扭板和第二扭板的外形都为由长方形平板扭转变形而成，且扭转方向为：沿水流方向由长板侧向短板侧扭转。
进一步地，所述长板、短板、第一扭板和第二扭板位于连接管管道出口侧的端面共面。
进一步地，所述第一扭板和第二扭板的扭转轴为管道轴线，前后两端之间的扭转角度为β，且有60°≤β≤115°。
进一步地，所述扭转角度β＝90°。
进一步地，所述第一扭板位于管道出口侧的一端与基准面的夹角α＝45°。
进一步地，所述长板和第一扭板、第二扭板的轴向长度均为c1，且c1≤0.59L；所述短板的轴向长度为c2，且c2≤0.45L，其中L为管道长度。
进一步地，所述长板、短板、第一扭板和第二扭板的宽度相等，由所述长板、短板、第一扭板和第二扭板环绕形成直径为d的中心流道，且d＝0.1304D，其中D为管道内径。
进一步地，所述长板、短板、第一扭板和第二扭板的厚度均为b，且b＝0.01394D。
进一步地，所述长板位于管道内高流速区一侧，短板位于管道内低流速区一侧。
进一步地，所述长板和短板各自两侧的板面至基准面的距离都为各自板厚的一半。
本发明的有益效果为：
(1)本发明核主泵连接管道非均匀来流抑制结构，能够有效降低下腔室与核主泵之间连接管内的最高流速，并提高最低流速，缩小管道内的流速差，使得整体流速分布情况趋向平稳，达到抑制非均匀来流的效果，从而保障核主泵平稳运行；并且本发明抑制结构在对水流非均匀情况抑制的同时，并没有使得总体流速产生明显的衰减作用。
(2)本发明抑制结构，仅由四块导流板组成，结构简单，不额外占用外部空间，可以直接在现有连接管的尺寸基础上进行改装。
(3)本发明给出了导流板组件的相关优选尺寸参数，并通过仿真试验，验证了所给尺寸参数带来的性能效果。
附图说明
图1为核反应堆冷却剂循环系统结构图；
图2为核电站下腔室及其连接管轴向视图；
图3为下腔室及其连接管局部结构图；
图4为带有本发明抑制结构的下腔室及其连接管道的透视图；
图5为带有本发明抑制结构的下腔室及其连接管道的侧视图；
图6为带有本发明抑制结构的下腔室及其连接管道的正视图；
图7为本发明非均匀来流抑制结构的透视图；
图8为本发明非均匀来流抑制结构的正视图；
图9为本发明导流板组件的结构图；
图10为本发明导流板组件的侧视图；
图11为本发明导流板组件的俯视图；
图12为本发明导流板组件的正视图；
图13为本发明长板和短板的尺寸图；
图14为本发明第一扭板和第二扭板的结构图；
图15为本发明第一扭板的尺寸图；
图16(a)为普通连接管出口截面水流速分布图；
图16(b)为带有本发明抑制结构的连接管出口截面水流速分布图；
图17为连接管出口截面中沿直径方向的流速变化曲线图。
附图标记：
1-下腔室； 2-连接管； 21-管道轴线； 22-基准面；
3-导流板组件； 31-长板； 32-短板； 33-第一扭板；
34-第二扭板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所示实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相通或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-2所示核电站蒸汽发生器下腔室1与位于其下方的核主泵之间通过连接管2连通，且连接管2偏至于下腔室1的一侧，冷却液由下腔室1经连接管2流入核主泵；此种连接方式导致连接管2内，偏向下腔室1中心轴线一侧(即图2所示左上侧)的水流速度较慢、偏向下腔室外侧(即图2所示右下侧)的水流速度较快。
如图3-6所示，本发明非均匀来流抑制结构，在连接管2内设有导流板组件3；图示连接管2中，靠近下腔室1的一端为管道入口、远离下腔室1的一端为管道出口，图示上方为管道低流速区、图示下方为管道高流速区。
如图7和图8所示，设管道轴线21为连接管2的中轴线，基准面22为过管道轴线21的一个轴向切面，连接管2的管道内径为D，长度为L。
所述导流板组件3由长板31、短板32、第一扭板33和第二扭板34组成。长板31和短板32都为长方形平板，设置在基准面22上，其中长板31两侧板面至基准面22的距离相等，都为长板31厚度的一半，短板32两侧板面至基准面的距离相等，都为短板32厚度的一半；长板31与短板32相对设置，分别固定在管道相对的两侧内壁上。第一扭板33和第二扭板34的外形都是由长方形平板经扭转变形而成；第一扭板33与第二扭板34分别固定在基准面22两侧的管道内壁上，并以基准面22为对称面呈镜像对称。
如图5和图9-11所示，短板32位于管道内低流速区一侧、长板31位于高流速区一侧；在管道出口一侧，长板31、短板32、第一扭板33和第二扭板34的端面处于同一平面；长板31和第一扭板33、第二扭板34的轴向长度相等；第一扭板33和第二扭板34的扭转方向为：沿水流方向由长板31侧向短板32侧扭转。
如图12和图13所示，长板31的长度为c1，短板32的长度为c2，长板31与短板32的宽度均为a，厚度均为b。
如图12、图14和图15所示，第一扭板33的轴向长度为c1、扭板宽度为a、厚度为b，第一扭板33以管道轴线21为扭转轴扭转变形，前后两端之间的扭转角度为β，60°≤β≤115°，其中位于管道出口侧的一端与基准面22的夹角为α。因第二扭板34与第一扭板33之间，相对于基准面22呈镜像对称，故第二扭板34的轴向长度也为c1、扭板宽度为a、厚度为b，第二扭板34也以管道轴线21为扭转轴扭转变形，前后两端之间的扭转角度为β，其中位于管道出口侧的一端与基准面22的夹角为α。
如图8和图13所示，由长板31、短板32、第一扭板33和第二扭板34环绕形成直径为d的中心流道，且有d＝D-2a。
对于上述各尺寸，本实施例优选的参数设定为：
c1≤0.59L，c2≤0.45L，b＝0.01394D，d＝0.1304D，β＝90°，α＝45°。
通过ANSYS CFX仿真软件模拟冷却液由下腔室1经连接管2流入核主泵的情况，图16(a)为采用普通连接管时，管道出口截面水流速度分布情况，图16(b)为采用带有本发明抑制结构的连接管时，管道出口截面水流速度分布情况；图16的视图方向与图2所示的连接管视图方向相对应，图16中颜色深浅对应流速的低和高。由图16可看出，采用普通连接管时，管道中流速梯度明显，并且高流速区相对偏向于右下方；当采用本发明抑制结构时，水流流速分布趋于均匀。
沿图16直径方向，取50个流速测量点，绘制成图17所示的连接管出口处径向流速变化曲线图，图中曲线shortshell为普通连接管的流速变化，曲线Nbladecase为带有本发明抑制结构连接管的流速变化。根据图17可直观看出，相比于普通连接管，带有本发明抑制结构连接管出口处的最高流速降低、最低流速提高，总的流速变化曲线走势更加平缓，由此表明本发明非均匀来流抑制结构有效抑制了管道中的非均匀来流，使得整体流速趋于平稳；并且相比普通连接管，本发明抑制结构没有使得管道总体的水流流速出现明显衰减。
综上，本发明抑制结构，在保证连接管总体输水速度不变的情况下，能够抑制管道内的非均匀来流，保障核主泵的平稳运行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
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