核电厂通用机械设备

1、核电厂通用机械设备复习题水泵一、.泵的定义泵是将原动机机械能转换为输送液体能的机器。.泵的主要功能（1）提升作用：提高液体动能（流速）和势能（静压能），即扬程。（2）抽吸作用：可将低液位贮槽或水池的液体吸入泵中，即吸程。.泵的分类叶片式泵：（1）离心泵（2）轴流泵和混流泵（3）漩涡泵（4）屏蔽泵容积式泵：（1）往复泵（2）回转泵（3）计量泵其它非机械能转换泵：（1）喷射泵（2）扬液器.离心泵的工作原理泵叶轮高速旋转，充满在叶片之间的液体也随着转动，在离心力的作用下，液体从叶 轮中心被抛向外缘，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了流速，一般可达 1525 m/s ,即液体的动能也有所增加。液

2、体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一 部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，于是液体以较高的压强， 从泵的排出口进入排出管路，输送至所需的场所。当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成了低压区。当贮槽液面上方的压强大于泵吸入口处的压强后，在压强差的作用下，液体便经吸入 管路连续地被吸入泵内，以补充被排出液体的位置。只要叶轮不断地转动，液体便不断地被吸入和排出。.气缚现象的原理离心泵启动时，如果泵壳与吸入管路内没有充满液体，则泵壳内存有空气，由子空气 的密度远小于液体的密度，产生的离心力小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将 贮槽内的液体

3、吸入泵内，此时虽启动离心泵也不能输送液体，此种现象称为气缚，表 示离心泵无自吸能力，所以启动前必须向泵壳内灌满液体。.离心泵的主要部件（1）叶轮：叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能均有所 提高。（2）泵壳：泵壳由吸入室、压出室和导轮组成。（3）轴及轴承。（4）轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。（5）驱动机：电动机或汽轮机。（6）附件：进水滤网，底阀，止回阀。二、.离心泵理论方程式的推导P121.离心泵叶片形状与压头的关系（为什么做成后弯叶片）离心泵的理论压头与叶片几何形状的关系：当叶轮的转速与直径、叶片的宽度、理论流量一定时，离心泵的理论压头随叶片的形状而改变后弯

4、叶片：生90，gg仇0,g径向叶片9。，迎=。，心喙前弯叶片：阻90。，ctgP20,目加对于离心泵来说，希望获得的是静压头，而不是动压头，虽有一部分动压头可在蜗壳 与导轮中转换为静压头，但由于液体流速过大，转换过程中必然伴随有较大的能量损 失。为提高泵的运转经济指标，采用后弯叶片 3 290。有利。3.流量、压头、效率、转速、轴功率、容积损失、水力损失、机械损失的定义(1)流量 离心泵的流量又称为泵的送液能力，是指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，以 Q表示，单位常为l/s或m3/h。离心泵的流量取决于泵的结构、尺 寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速。(2)压头 离心泵的压头又

5、称为泵的扬程，是指泵对单位重量的液体所提供的有效 能量，以H表示，单位为N- m/N=m离心泵的压头取决于泵的结构(如叶轮的直径、 叶片的弯曲情况等)、转速和流量。对于一定的泵，在指定的转速下，压头与流量之 间具有一定的关系。(3)效率 在输送液体过程中，外界能量通过叶轮传给液体时，不可避免地会有能量损失，故泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率Y来反映能量损失。(4)轴功率 离心泵的轴功率是泵轴所需的功率。当泵直接由电动机带动时，也就 是电动机传给泵轴的功率，以 N表示，单位为J/s、W或kW有效功率是排送到管道的 液体从叶轮所获得的功率，以 Ne表示。(5)转速 离心泵的转速是

6、指叶轮的旋转速度，用 n表示。转速不同所对应的 QHH、N也不同。(6)容积损失 容积损失是由于泵的泄漏所造成的。离心泵在运转过程中，有一部分 获得能量的高压液体通过叶轮与泵壳之间的间隙漏回吸入口，或从填料函处漏至泵壳 处，也有时从平衡孔漏回低压区，致使泵排出管道的液体量小于吸入的液体量，并消 耗一部分能量。容积损失与泵的结构、液体在泵进出口处的压强差及流量有关。(7)水力损失 这种损失发生在泵的吸入室、叶轮流道和泵壳中，一般分为两种：一 是由于粘性液体流过叶轮和泵壳时的流速和方向都在改变，产生流动阻力而引起能量 损失。另一种是由于输送流量与设计流量不一致时，液体在泵体内产生冲击而损失能 量，

7、这两部分损失总称为水力损失。(8)机械损失 泵在运转时，泵轴与轴承之间、泵轴与填料之间、叶轮盖板外表面与 液体之间均产生摩擦，从而引起的能量损失称为机械损失4.几何相似、运动相似、动力相似定律几何相似在 m 瓦 h Dm 1Dr DZ一叶轮的内、外径；J叶轮的宽度.F* _ nDjbj 工 口* b* _ _ i2.运动相似Ch Wh Um速度三带形相似,对应流动力相等a3、动力相似作用于运动相似的流体，各对应点的力相似，即作用于对 应点上的外力方向相同、大小之比保持常数.=用区.p,I _ R P八一电 跖一跖 与 可； 元右=?；/在泵中起主导作用的力为惯性力和粘性力，所以只要这两 种力相

8、似，就能满足动力相似的条件目R=filc泵的动力相似就是雷诺数相等,5.比例定律、切割定律比例定律-转速变换：泵的性能曲线是在一定的转速下测定的，也就是一种转速对应一 组性能曲线，性能曲线是随转速的变化而变化的，这种变化规律是由相似定律推导出 来的。同一台水泵，改变其驱动电机的极数就起到改变泵转速的作用，这样泵和电机 的安装不变就可起到调节泵性能的作用，这种方法在工程中经常使用，称为泵的比例 定律。切割定律-变换叶轮直径：改变泵性能的另一种方法，是将叶轮外缘车去几圈，使叶轮 直径变小，称为叶轮的切割。泵的转速不变，叶轮变小后与原泵处于不完全相似的工 况，由于叶轮直径减小很少，出口宽度 b2虽有

9、变化，但变化不大，除功率外仍遵循相 似定律。三、.水泵的允许安装高度吸程又称为离心泵允许安装高度，是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最 大垂直距离，以符号表示。.允许吸上真空度允许吸上真空度的定义为标准大气压与泵吸入口静压头之差。.影响吸程的因素(1)高度。当高度升高时，大气压减小，理论最大吸程减小，对实际吸程也是如此。(2)液体温度。一定真空度下的液体，其温度越高，蒸发越快。当液体通过吸入管时， 就会产生蒸汽。蒸汽的压力等于与液体温度压力相符合的饱和蒸汽压力。这种蒸汽压 力会减小泵的吸程。(3)液体密度。泵的理论吸程与所吸液体的密度有关，等于测量大气压的该液柱的高 度。.允许安装高度

10、计算用某型号离心泵从敞口槽中将水输送到别处，槽内水位恒定， 输送流量为4555nP/h,在最大流量下吸入管路的压头损失为 1m,液体在吸入管路中的压头损失可以忽略。试计算：(1)输送20口C水时，泵的安装高度。(2)若改为输送650c水时，泵的安装高度。某型号离心泵的部分性能，根据产品样本的参数和性能曲线 列于下表。漉量1拓程H/m转速 N/Cr/min)元秀吸上耳空或Hjm3035.52 9007.04S32. 65S2B. 83,0泵安装地区的大气压为9.8 X ItPaEOmliq流量Qm3流量Qm3/h扬程HID转速N rpm允许吸上真空度也m3035.529007. 04532. 6

11、5. 05528. 83. 0输送20 c水时t1二=3和=3-0-1 = 2用输送65七水时 TOC o 1-5 h z p1 AAAj出氏十区-1。）-小声。叫，7.-g=3 4（10-10）-（.”4 坐 -0.24）%= 0.65m=0.65 01 =-0.35叫9.81 xlO3980.5.汽蚀原理、危害原理：液体的压强随着从泵吸入口向叶轮入口而下降，叶片入口附近的压强为最低， 此后，由于叶轮对液体作功，压强很快又上升。当叶片入口附近的最低压强等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体就在该 处发生汽化并产生气泡，随同液体从低压区流向高压区，气泡在高压的作用下，迅速 凝结或破裂，瞬

12、间内周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，在冲击点处 形成高达几万 kPa的压强，冲击频率可高达每秒几万次之多。这种现象称为汽蚀现象。 危害：（1）叶轮材料被破坏。发生汽蚀时，叶轮同时受到机械剥蚀和化学腐蚀的作用， 使叶轮表面从点蚀到形成蜂洞。（2）噪声和震动。在汽蚀的工况下，气泡破裂造成强大的噪声，反复破裂、凝结的过程 又形成很大的脉冲力，当其频率与设备固有频率藕合时，引起强烈的震动。（3）泵的性能降低、效率下降。汽蚀严重时，由于产生大量气泡，占据了液体流道的一 部分空间，导致泵的流量、压头与效率显著下降，甚至造成瞬时断流工况。.有效汽蚀余量、必须汽蚀余量、允许汽蚀余量有效汽蚀余量:

13、是指泵在吸入口处的总能量（静压能和动能之和），具有超过输送温度下液体汽化压力的富余能力。即避免泵发生汽化的能力。有效汽蚀余量由吸入 系统的装置条件决定与泵本身无关。必需汽蚀余量:是指泵吸入口处（S S截面）至泵内压力最低点（K K截面）处的压力降。它是由泵本身结构的汽蚀性能所决定，与泵吸入系统的装置无关。允许汽蚀余量 h:是指为保证不发生汽蚀在临界汽蚀余量上加安全量K。称为允许汽蚀余量，用 h表示。.提高抗汽蚀性能的措施改善泵的工作条件，提高泵的有效气蚀余量：(1)减小安装高度，提高有效气蚀余量；(2)加大吸水管径或减小流量，以减小阻力，提高有效气蚀余量；(3)降低液体的温度，从而降低汽化压力

14、，提高有效气蚀余量；(4)降低泵的转速，减小阻力，提高有效气蚀余量。提高泵本身的抗气蚀性能，减小必需气蚀余量：(1)采用双吸叶轮，降低入口速度；(2)增大叶轮进口直径及叶片进口宽度，降低入口速度；(3)叶轮采用耐汽蚀材料，提高泵的抗气蚀性；(4)进口处装设螺旋式诱导轮，改善泵的气蚀性能。四、.离心泵的工作点离心泵总是安装在一定管路上工作的，泵所提供的压头与流量必然应与管路所需的压头与流量相一致。若将离心泵的特性曲线H-Q与其所在管路的特性曲线 He-Qe绘于同一坐标图上，两线交点称为泵在该管路上的工作点。该点所对应的流量和压头既能满 足管路系统的要求，又为离心泵所能提供，即 Q=Qe H=He

15、换言之，对所选定的离心 泵，以一定转速在此特定管路系统运转时，只能在这一点工作。.改变离心泵工作点的方法(1)改变离心泵出口管线上的阀门开度(2)调节离心泵的转速(3)旁路分流调节法.离心泵串联和并联特性串联：当有P1、P2、P3多台泵串联运转时，通过每台泵的流量都是相同的。多台泵串联运转的扬程，则等于各台扬程相加之和。并联：当P1、P2、P3多台泵并联工作时，若：H=H1=H2=H3则并联运转时的总流量则等于各台泵在同一扬程下的流量 Q1、Q2 Q3的和。.屏蔽电机泵的特点(1)无轴封无泄漏：由于没有旋转轴的动密封，可确保绝对密封，称为无泄漏泵。(2)体积小、重量轻、结构紧凑、占用空间小。(

16、3)维护、检修比较简单，工作量小。(4) AP1000屏蔽电机泵更具有转动惯量大(两个飞轮)；水力模型优秀；辅助系统简化， 无上充、泄漏系统和停车密封系统；支承方式独特，每台蒸汽发生器各有两台API000冷却剂泵，冷却剂泵直接与蒸汽发生器下封头连接，省去了两设备之间的冷却剂管道， 简化了蒸汽发生器、泵和管道的基座与支承系统。(5)主要缺点：效率低。（6）造价较高。.往复泵的工作原理往复泵依靠活塞在泵缸的左右两端点间作往复运动而吸入和压出液体的。.回转泵的工作原理（齿轮泵、螺杆泵）回转泵是靠泵内一个或一个以上的转子的旋转来吸入与排出液体，又称转子泵。齿轮泵：两齿轮与泵体间形成吸入和排出两个空间。

17、吸入空间内两轮的齿互相拨开，形成了低压而将液体吸入，然后分为两路沿壳壁被齿轮嵌住，并随齿轮转动而达到排出空间。排出空间内两轮的齿互相合拢，于是形成高压而将液体排出。螺杆泵：螺杆泵主要由泵壳与一根或两根以上的螺杆构成。双螺杆泵与齿轮泵十分相像，利用两根相互啮合的螺杆来排送液体。当所需的压强很高时，可采用较长的螺杆。.喷射泵的工作原理喷射泵是利用高压工作流体（气体、液体）的能量来输送液体 ，并使输送液体获得能量.压水堆主泵、二回路给水泵、循环水泵、凝结泵、高压安注泵的主要作用反应堆冷却剂回路主泵的功能：是将反应堆冷却剂升压，通过蒸汽发生器再回到堆芯，补偿系统的压力降，保证反应堆冷却剂系统中的冷却剂

18、循环。二回路主给水泵的作用：是将除氧器出口的主给水升压，然后经主给水加热系统送出，除满足高压给水系统各加热器的压头损失外，并保证满足蒸汽发生器进口要求的压力和流量。循环水泵的功能：是为凝气器提供足够冷却水（如河水或海水），混流式循环水泵是循环冷却水系统的主设备。凝结水泵也叫冷凝水泵，它的功能：主要是，汽轮机低压缸作功后的排出蒸汽，经凝气器冷凝成凝结水，由凝结水泵抽送给低压加热器和部分返回凝气器。高压安住泵的功能：（1）当一回路发生小破口事故时，化学和容积系统不足以补偿冷却剂泄漏时，由安全注入系统，通过安注泵向一回路补水，以重新建立稳压器水位。（2）当一回路发生大破口事故时，由安全注入系统，通过

19、安注泵向堆芯注水，以便重新淹没并冷却堆芯，防止燃料包壳熔化和保持堆芯的完整性。（3）当蒸汽发生器管路发生破裂时，反应堆冷却剂过冷引起水收缩，稳压器水位下降。同时由于冷却剂温度降低而引入正反应性。安全注入系统，通过安注泵向一回路注入高浓度硼酸溶液，重新建立稳压器水位，迅速停堆，并且防止反应堆重返临界。、风机.通风机的主要工作原理通风机的工作原理和离心水泵工作原理相同，也是依靠叶轮的旋转运动，使气体获得能量，从而提高了压强和速度，达到输送气体的目的。.通风机三种叶片形式的性能比较(1)前弯叶片：风压最大，叶片最小，效率最差，适应于风压要求高，而转速(n)和叶轮直径(D)受到一定限制的工况；(2)后弯叶片：效率最高，叶片最大，风压最低，适应于大功率的风机；(3)径向叶片：风压、叶片、效率在三者中均居中，但叶片加工制造简单，不易积垢和磨损，所以一般中、低压风机多采用径向叶片。换热器.换热器的定义以对流传热和热传导的形式将热流体的热量传递给冷流体的机械设备。.间壁式换热器的主要换热机理间壁式换热器的特点是冷、热两流体被固体壁面隔开，不相混合，通过间壁进行热量的交换。.换热器振动产生的原因和防振措施原因：当卡门涡流作用力即激振力