基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106951591A(43)申请公布日2017.07.14(21)申请号201710084443.7(22)申请日2017.02.16(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人姚振强罗国虎金智毅王升德沈洪(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人胡晶(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法(57)摘要本发明涉及流体机械技术领域，特别涉及一种基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法,通过搭建罐状间隙环流试验台，测量飞轮端面和飞轮柱面的阻力转矩随转速的变化规律，并将转速和转矩无量纲化，拟合无量纲转矩系数与无量纲转速的函数关系，从而计算额定转速、不同形状下飞轮上、下盘面和阻力转矩；建立额定转速下飞轮阻力转矩相对于飞轮高度的变化关系，在总转矩最小处对应的高度尺寸即为能耗最小尺寸，并得到飞轮的半径，从而求得飞轮转动惯量不变时最优外形尺寸，优化过程简单，能够快速、准确地计算出给定转动惯量的最优飞轮外形尺寸，以达到屏蔽电机主泵的能耗最低值，从而提高屏蔽电机主泵的惰转性能。CN106951591ACN106951591A权利要求书1/2页1.一种基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法,其特征在于，所述的优化方法包括以下步骤：S1.搭建间隙环流试验台，测量飞轮端面和飞轮柱面的阻力转矩随转速的变化规律；S2.将转速和转矩无量纲化；S3.拟合无量纲转矩系数与无量纲转速的函数关系；S4.保持飞轮的转动惯量不变，建立飞轮半径与高度的关系模型；S5.利用步骤S2中无量纲化后的阻力转矩预测模型，分别计算额定转速、不同形状下的飞轮柱面和飞轮盘面的阻力转矩；S6.按照步骤S5中计算出的数据，建立额定转速下飞轮阻力转矩相对于飞轮高度的变化关系，将飞轮柱面的阻力转矩和飞轮盘面的阻力转矩相加为总转矩，在总转矩最小时对应的高度尺寸即为屏蔽电机主泵能耗最小时的最优外形尺寸，从而得到飞轮的最优高度h′；S7.根据步骤S4中飞轮半径与高度的关系模型，代入最优高度h′,得到飞轮的最优半径r′，从而得出当飞轮的转动惯量不变时飞轮的最优外形尺寸。2.根据权利要求1所述的一种基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法，其特征在于，所述的转速和转矩无量纲化为：飞轮柱面转速无量纲为泰勒数：飞轮柱面的阻力转矩无量纲为：飞轮端面转速无量纲为：飞轮盘面的阻力转矩无量纲为：其中，ω为飞轮角速度，r为飞轮半径，d为柱面间隙尺寸，υ为间隙流体的运动年度，T柱为柱面转矩，h为飞轮高度，ρ为间隙流体密度,a为飞轮盘面间隙高度,T盘为盘面阻力转矩。3.根据权利要求1或2所述的一种基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法，其特征在于，拟合所述飞轮柱面无量纲阻力转矩及飞轮盘面无量纲阻力转矩随无量纲转速变化的函数关系为：0.39G柱＝0.009Ta-0.2G盘＝0.065Re其中，Ta为飞轮柱面转速，Re为飞轮端面转速。4.根据权利要求1所述的一种基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法，其特征在于，所述的无量纲转矩与无量纲转速的函数关系采用最小二乘法拟合计算。2CN106951591A权利要求书2/2页5.根据权利要求1所述的一种基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方22法，其特征在于，所述的飞轮为同心圆柱体，其转动惯量为0.5m(r-ri),假设所需转动惯量为C，保持飞轮转动惯量不变，得到飞轮半径与高度的关系模型为：其中，h为飞轮高度，ρ为间隙流体密度，ri为飞轮与转轴配合安装孔内径。3CN106951591A说明书1/4页基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法技术领域[0001]本发明涉及流体机械技术领域，特别涉及一种基于间隙环流阻力特性的屏蔽电机主泵飞轮结构优化方法。背景技术[0002]核电、水电、火电这三种发电方式现为实现供电的主要动力能源，为了实现我国核电的发展规划，目前共有在运、在建及拟建的核电机组52台。核主泵是用来将冷水泵入蒸发器转换热能的装置，是核电运转控制水循环的关键设备，目前多采用轴封泵作为堆芯冷却剂主泵。由于历次核事故的出现，各国也对核电安全提出了更高的要求，为了从原理上提高系统安全性，曾被广泛使用的轴封泵因其高压动密封这一技术难点而被无泄漏的屏蔽泵替代。屏蔽式主泵是通过压力边界的转换，将高压流体引入电机内部，采用静密封代替动密封，用完整的压力边界替代了轴封泵不完整的压力边界，从而提高了堆芯安全性，然而屏蔽式主泵由于受到较大的流体阻力，并且在安全性设计对断电工况