核能不光用于发电,在军事上也是至关重要的动力来源。由于压水堆结构简单、紧凑,体积小、操作灵活,所以更适合舰船动力的要求。本文以某三代核主泵的缩比模型(缩比系数?=0.5)为研究对象,对核主泵在变转速工况下的全特性进行研究,主要结论如下:(1)正转速工况下,分别计算额定转速(n=1750 r/min)、半转速(n=875 r/min)、四分之一转速(n=438 r/min)、最小限制转速(n=100 r/min)四个转速工况下的性能变化。正转工况的扬程曲线随着流量的增大呈现逐步下降的趋势,小流量范围内存在“驼峰”现象。扭矩曲线在负流量范围内逐步下降,在正流量范围内先缓慢上升,在设计点达到峰值,然后逐步减小。叶轮扬程曲线在小流量范围内呈现反“N”型变化趋势。正转正流工况,设计点及其对应的相似工况损失最小,偏离设计工况后蜗壳和导叶内的损失逐渐增大。转速大于n/2时,大流量范围内蜗壳内的损失高于导叶内的损失;但是转速小于n/2后,导叶内的损失高于蜗壳内的损失。正转逆流工况,计算域内的损失主要来自于叶轮、吸入段、导叶,其中叶轮的损失占比最大。正转工况的径向力最小值位于设计工况及对应转速的相似工况。偏离设计工况径向力逐渐增大。径向力的均值随转速的减小而减小。(2)反转速工况下,分别计算反转额定转速(n=-1750 r/min)、反转半转速(n=-875 r/min)、反转四分之一转速(n=-438 r/min)三个转速工况下的性能变化。反转工况的扬程曲线随着流量的增大呈现逐步下降的趋势,但是在负流量的小流量范围内减小趋势变缓,曲线向上凸起。扭矩曲线随流量的增大逐步下降,三条曲线几乎平行。叶轮扬程曲线在小流量工况范围内呈现出“V”字型变化趋势。水轮机工况下,计算域内的损失主要来自于叶轮,其余过流部件的损失较小。小流量范围,导叶进出口的压差逐渐增大、吸入段内的损失逐渐增加。反转正流工况下,计算域的损失主要来自于导叶和蜗壳,其中导叶内的损失占比最大。蜗壳内的损失从关死点开始由零开始呈抛物线型逐渐增大。叶轮扬程会在某一大流量点处趋于恒定,这就说明在反转水泵工况下,这种类似前弯叶片工作原理的反转叶轮的做功能力是有限的。反转工况径向力曲线的最小值都在关死点工况附近。偏离关死点工况径向力逐渐增大。径向力的均值随反转转速的减小而减小。(3)零转速工况下,泵的总扬程曲线随流量的增大而逐渐下降,关于零流量点呈中心对称分布。扭矩变化趋势与泵扬程的变化趋势基本一致。负流量范围内,扭矩值为正,表明液体有推动叶轮反转的趋势;正流量范围内,扭矩值为负,表明液体有推动叶轮正转的趋势。逆流工况下,计算域内的能量损失主要来自于叶轮。正流工况下,此时计算域的损失主要来自于导叶,按照损失占比大小排序为导叶、蜗壳、叶轮、压出段、吸入段。零转速工况的径向力值在关死点附近最小,偏离关死点的正流量工况径向力逐渐增大,但增长幅度不大;偏离关死点的负流量工况径向力增长幅度较大。一个叶轮旋转周期内叶轮扬程曲线及扭矩曲线随时间的变化,呈周期性分布。(4)由无因次全特性曲线可以看出,随着流量及转速增大,等扬程曲线会越来越靠近零扬程线h=0、扭矩曲线会越来越靠近零扭矩线β=0。根据无因次坐标轴、零扬程分界线以及零扭矩分界线,可以将整个四象限分成8个区域,对应八个不同的工况。