Построение твёрдотельной трёхмерной модели рабочего колеса

Для построения лопасти рабочего колеса используется теоретический чертёж, полученный в предыдущем пункте.

Последовательность построения:

1. Создание поверхности напорной стороны и поверхности всасывающей стороны лопасти

2. Создание поверхности входной и выходной кромки

3. «Зашивание» поверхностями периферийного и корневого торцов лопасти

4. Преобразование оболочки лопасти в твёрдое сплошное тело

Перерасчёт плоских координат в пространственные:

, где

Центральный угол точки цилиндрического сечения лопасти в системе координат :

Таблица 6 – Пространственные координаты напорной стороны 1-ого цилиндрического сечения лопасти РК ( =0,27)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
246,737	453,361	52,386	164,792	-213,877	-453,361
240,164	446,535	50,990	169,952	-209,800	-446,535
229,557	427,440	48,738	178,065	-202,960	-427,440
220,315	408,736	46,776	184,910	-196,744	-408,736
196,535	362,495	41,727	201,507	-179,708	-362,495
146,125	275,253	31,024	231,376	-139,159	-275,253
86,843	187,967	18,438	256,140	-85,395	-187,967
27,349	109,317	5,807	268,615	-27,316	-109,317
-40,005	30,057	-8,494	267,039	39,878	-30,057
-74,791	-8,010	-15,879	259,697	73,875	8,010
-111,945	-46,973	-23,768	247,101	108,817	46,973
-183,424	-116,140	-38,944	209,997	169,710	116,140
-256,976	-180,877	-54,560	156,561	219,974	180,877
-300,832	-216,062	-63,871	118,906	242,407	216,062
-339,407	-246,620	-72,061	83,162	256,874	246,620
-377,633	-276,974	-80,177	46,064	266,041	276,974
-396,433	-293,726	-84,168	27,433	268,603	293,726
-409,087	-306,408	-86,855	14,813	269,593	306,408
-414,677	-315,047	-88,042	9,226	269,842	315,047
-415,704	-329,301	-88,260	8,199	269,875	329,301

 

 

Таблица 7 – Пространственные координаты всасывающей стороны 1-ого цилиндрического сечения лопасти РК ( =0,27 м)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
-415,704	-329,301	-88,260	8,199	269,875	329,301
-405,812	-332,355	-86,160	18,084	269,394	332,355
-399,648	-332,911	-84,851	24,232	268,910	332,911
-395,513	-332,911	-83,973	28,349	268,508	332,911
-380,433	-331,603	-80,771	43,301	266,505	331,603
-360,458	-326,404	-76,530	62,891	262,573	326,404
-303,251	-303,496	-64,384	116,729	243,463	303,496
-255,545	-278,994	-54,256	157,725	219,141	278,994
-206,925	-250,177	-43,933	194,440	187,331	250,177
-117,986	-187,187	-25,050	244,603	114,321	187,187
-42,467	-120,627	-9,016	266,664	42,313	120,627
1,581	-75,205	0,336	269,995	-1,582	75,205
36,272	-34,410	7,701	267,565	-36,181	34,410
98,158	52,023	20,840	252,335	-96,057	-52,023
154,851	152,906	32,877	226,756	-146,566	-152,906
196,336	249,720	41,685	201,639	-179,559	-249,720
228,262	348,370	48,463	179,037	-202,104	-348,370
241,098	400,082	51,188	169,225	-210,387	-400,082
245,729	423,363	52,172	165,590	-213,260	-423,363
248,309	443,338	52,720	163,544	-214,834	-443,338

 

Таблица 8 – Пространственные координаты напорной стороны 2-ого цилиндрического сечения лопасти РК( =0,346 м)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
297,480	253,181	49,289	225,659	-262,255	-253,181
290,912	249,174	48,201	230,600	-257,922	-249,174
278,763	238,780	46,188	239,517	-249,663	-238,780
267,211	228,324	44,274	247,722	-241,523	-228,324
238,488	202,980	39,515	266,906	-220,139	-202,980
178,120	153,230	29,513	301,085	-170,434	-153,230
115,220	106,605	19,091	326,949	-113,157	-106,605
51,428	63,354	8,521	342,158	-51,265	-63,354
-14,764	22,345	-2,446	345,662	14,767	-22,345
-45,985	4,375	-7,619	342,922	45,873	-4,375
-79,730	-14,513	-13,210	336,821	79,065	14,513
-186,781	-69,710	-30,948	296,722	177,921	69,710
-216,704	-83,114	-35,906	280,236	202,899	83,114
-250,502	-98,136	-41,506	259,099	229,277	98,136
-287,887	-113,745	-47,700	232,847	255,895	113,745
-324,543	-129,294	-53,773	204,465	279,095	129,294
-342,291	-137,576	-56,714	189,878	289,217	137,576
-352,033	-143,280	-58,328	181,656	294,451	143,280
-357,594	-148,713	-59,250	176,897	297,334	148,713
-359,101	-153,504	-59,499	175,600	298,102	153,504

 

 

Таблица 9 – Пространственные координаты всасывающей стороны 2-ого цилиндрического сечения лопасти РК( =0,346)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
-359,101	-153,504	-59,499	175,600	298,102	153,504
-356,376	-156,419	-59,048	177,943	296,709	156,419
-348,996	-159,065	-57,825	184,235	292,844	159,065
-348,996	-159,065	-57,825	184,235	292,844	159,065
-336,823	-158,919	-55,808	194,427	286,179	158,919
-317,075	-156,556	-52,536	210,445	274,614	156,556
-279,694	-149,047	-46,342	238,844	250,307	149,047
-238,337	-138,098	-39,490	267,003	220,021	138,098
-200,674	-126,229	-33,250	289,337	189,695	126,229
-168,825	-114,513	-27,973	305,557	162,280	114,513
-53,432	-62,589	-8,853	341,855	53,247	62,589
-18,471	-43,008	-3,060	345,483	18,471	43,008
17,109	-20,993	2,835	345,554	-17,111	20,993
79,683	23,343	13,203	336,832	-79,019	-23,343
143,873	76,848	23,838	316,462	-139,828	-76,848
198,444	130,093	32,880	290,554	-187,825	-130,093
252,507	190,878	41,838	257,765	-230,775	-190,878
276,329	220,268	45,785	241,269	-247,971	-220,268

 

 

Таблица 10 – Пространственные координаты напорной стороны 3-его цилиндрического сечения лопасти РК( =0,408)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
287,971	173,330	40,456	310,482	-264,766	-173,330
281,447	170,099	39,540	314,677	-259,765	-170,099
269,650	162,624	37,882	322,058	-250,556	-162,624
258,275	155,222	36,284	328,920	-241,477	-155,222
229,510	136,553	32,243	345,120	-217,697	-136,553
171,164	101,870	24,046	372,633	-166,268	-101,870
112,315	70,378	15,779	392,668	-110,957	-70,378
51,601	40,313	7,249	404,782	-51,490	-40,313
-1,623	15,081	-0,228	408,041	1,624	-15,081
-32,662	2,000	-4,589	406,736	32,644	-2,000
-64,033	-10,582	-8,996	403,025	63,803	10,582
-170,509	-48,580	-23,954	372,899	165,669	48,580
-192,235	-55,736	-27,007	363,549	185,289	55,736
-227,282	-65,894	-31,930	346,304	215,808	65,894
-259,686	-75,312	-36,483	328,083	242,614	75,312
-293,391	-85,020	-41,218	306,936	268,869	85,020
-307,399	-89,641	-43,186	297,522	279,250	89,641
-317,430	-93,293	-44,595	290,565	286,483	93,293
-322,356	-95,811	-45,287	287,083	289,971	95,811
-324,767	-99,479	-45,625	285,364	291,663	99,479
287,971	173,330	40,456	310,482	-264,766	-173,330

 

 

Таблица 11 – Пространственные координаты всасывающей стороны 3-его цилиндрического сечения лопасти РК( =0,408)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
-324,767	-99,479	-45,625	285,364	291,663	99,479
-322,855	-101,254	-45,357	286,728	290,323	101,254
-321,106	-101,777	-45,111	287,970	289,090	101,777
-315,250	-102,157	-44,289	292,091	284,926	102,157
-305,751	-102,429	-42,954	298,648	278,046	102,429
-289,631	-101,124	-40,689	309,402	266,027	101,124
-257,759	-96,537	-36,212	329,226	241,061	96,537
-222,613	-90,046	-31,274	348,752	211,830	90,046
-189,227	-82,397	-26,584	364,906	182,603	82,397
-164,068	-76,172	-23,049	375,469	159,760	76,172
-58,237	-41,702	-8,181	403,891	58,068	41,702
-26,839	-29,110	-3,771	407,161	26,833	29,110
4,633	-15,227	0,651	408,018	-4,636	15,227
65,869	15,351	9,254	402,734	-65,616	-15,351
124,219	49,151	17,451	389,263	-122,370	-49,151
182,712	88,063	25,669	367,776	-176,750	-88,063
237,102	128,597	33,310	341,008	-224,084	-128,597
263,047	149,841	36,955	326,073	-245,309	-149,841
273,454	158,841	38,417	319,707	-253,549	-158,841
283,180	167,738	39,783	313,570	-261,101	-167,738

 

Таблица 12 – Пространственные координаты напорной стороны 4-ого цилиндрического сечения лопасти РК( =0,462)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
266,336	119,353	33,058	387,080	-251,931	-119,353
261,526	117,790	32,461	389,684	-247,884	-117,790
250,848	113,029	31,136	395,313	-238,804	-113,029
240,255	108,041	29,821	400,689	-229,670	-108,041
213,591	95,757	26,511	413,280	-206,155	-95,757
160,227	72,397	19,888	434,301	-157,108	-72,397
105,727	50,097	13,123	449,783	-104,858	-50,097
51,674	29,211	6,414	458,953	-51,593	-29,211
-3,218	9,199	-0,399	461,833	3,220	-9,199
-30,600	-0,360	-3,798	460,830	30,593	0,360
-57,329	-9,363	-7,116	458,287	57,211	9,363
-113,339	-27,604	-14,068	447,993	112,261	27,604
-168,504	-44,428	-20,915	431,414	164,870	44,428
-197,065	-52,776	-24,460	420,394	191,230	52,776
-224,531	-60,497	-27,869	408,278	215,891	60,497
-252,615	-68,414	-31,355	394,396	240,316	68,414
-265,221	-72,449	-32,920	387,687	250,995	72,449
-273,382	-75,476	-33,933	383,189	257,810	75,476
-277,248	-76,999	-34,412	381,017	261,010	76,999
-279,007	-77,977	-34,631	380,019	262,460	77,977
-279,937	-79,389	-34,746	379,490	263,224	79,389

 

Таблица 13 – Пространственные координаты всасывающей стороны

4-ого цилиндрического сечения лопасти РК( =0,462)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
-279,937	-79,389	-34,746	379,490	263,224	79,389
-278,759	-80,625	-34,600	380,161	262,255	80,625
-276,724	-80,929	-34,347	381,313	260,577	80,929
-273,790	-81,103	-33,983	382,961	258,148	81,103
-264,022	-80,397	-32,771	388,338	249,987	80,397
-241,014	-77,413	-29,915	400,311	230,329	77,413
-220,727	-73,136	-27,397	410,044	212,519	73,136
-191,740	-67,007	-23,799	422,572	186,368	67,007
-163,515	-60,469	-20,296	433,170	160,198	60,469
-108,233	-45,790	-13,434	449,207	107,298	45,790
-50,345	-28,095	-6,249	459,100	50,271	28,095
-22,907	-18,810	-2,843	461,276	22,909	18,810
4,878	-8,645	0,605	461,818	-4,880	8,645
59,867	13,300	7,431	457,965	-59,729	-13,300
113,307	36,922	14,064	448,001	-112,230	-36,922
165,448	62,488	20,536	432,496	-162,010	-62,488
217,660	90,336	27,016	411,447	-209,790	-90,336
242,728	104,407	30,128	399,453	-231,813	-104,407
252,604	110,119	31,354	394,402	-240,306	-110,119
262,483	116,276	32,580	389,169	-248,691	-116,276
266,336	119,353	33,058	387,080	-251,931	-119,353

 

 

Таблица 14 – Пространственные координаты напорной стороны 5-ого цилиндрического сечения лопасти РК ( =0,510)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
265,918	101,828	29,890	442,163	-254,148	-101,828
260,167	100,083	29,243	445,003	-249,144	-100,083
249,765	96,036	28,074	449,994	-240,012	-96,036
239,455	91,842	26,915	454,756	-230,862	-91,842
213,350	81,571	23,981	465,977	-207,280	-81,571
161,716	62,171	18,177	484,549	-159,098	-62,171
109,276	43,820	12,283	498,326	-108,495	-43,820
56,876	26,341	6,393	506,829	-56,787	-26,341
4,193	9,796	0,471	509,983	-4,195	-9,796
-21,755	2,019	-2,445	509,536	21,759	-2,019
-49,482	-6,252	-5,562	507,599	49,429	6,252
-102,051	-20,997	-11,471	499,813	101,422	20,997
-156,186	-35,251	-17,556	486,247	153,831	35,251
-183,391	-42,047	-20,613	477,348	179,552	42,047
-208,642	-48,350	-23,452	467,872	202,968	48,350
-237,021	-55,164	-26,641	455,853	228,687	55,164
-249,360	-58,520	-28,028	450,184	239,654	58,520
-256,665	-60,718	-28,850	446,704	246,081	60,718
-260,275	-61,893	-29,255	444,950	249,238	61,893
-262,312	-63,134	-29,484	443,950	251,014	63,134
-263,030	-64,386	-29,565	443,596	251,640	64,386

 

Таблица 15  – Пространственные координаты всасывающей стороны 5-ого цилиндрического сечения лопасти РК( =0,510)

			X, мм	Y, мм	Z, мм
-263,030	-64,386	-29,565	443,596	251,640	64,386
-261,653	-65,336	-29,410	444,275	250,440	65,336
-259,750	-65,713	-29,196	445,206	248,780	65,713
-255,067	-65,768	-28,670	447,473	244,680	65,768
-249,360	-65,220	-28,028	450,184	239,654	65,220
-233,836	-63,112	-26,284	457,273	225,835	63,112
-207,340	-59,194	-23,305	468,389	201,772	59,194
-180,599	-54,300	-20,300	478,324	176,934	54,300
-153,184	-48,717	-17,218	487,144	150,965	48,717
-98,442	-36,172	-11,065	500,519	97,881	36,172
-44,836	-21,925	-5,040	508,028	44,801	21,925
-17,623	-14,055	-1,981	509,695	17,629	14,055
9,064	-5,653	1,019	509,919	-9,069	5,653
62,359	12,606	7,009	506,188	-62,236	-12,606
114,009	32,145	12,815	497,297	-113,118	-32,145
165,900	54,072	18,647	483,227	-163,069	-54,072
216,130	76,754	24,293	464,840	-209,819	-76,754
241,369	88,827	27,130	453,886	-232,568	-88,827
251,156	93,620	28,230	449,337	-241,239	-93,620
260,894	98,666	29,325	444,647	-249,778	-98,666
265,918	101,828	29,890	442,164	-254,148	-101,828

 

Рисунок 7. Лопасть РК

Рисунок 8. Втулка и лопасть РК

Рисунок 9. Трёхмерная модель рабочего колеса в окончательном виде

Как уже говорилось ранее, в проектах современных ВВЭР применяются насосы осевого типа, способные обеспечить большую подачу при неизменном напоре.

Рисунок 10. ГЦН 195-М

Для станций с ВВЭР-1000 в основном применяется насос 195-М. В данной работе приведена оптимизация схемы этого насоса с учетом рассчитанного рабочего колеса. Сконструированный ГЦН представляет собой вертикальный осевой одноступенчатый насос. Проточная часть исполнена в виде колена. Корпус 4 включает в себя: подводящий патрубок 1; выправляющий аппарат 3, жёстко закреплённый внутри корпуса, и напорный патрубок 11. Внутри корпуса расположено рабочее колесо 2, закреплённое на вале 5.В горловину крышки главного разъёма 6 установлена система механических уплотнений из нескольких ступеней 7, к которым из системы герметизации подаётся чистая запирающая холодная вода под давлением, превышающим давления теплоносителя. Опоры ротора насоса - подшипники скольжения. Нижний радиальный гидродинамический подшипник 10 смазывается теплоносителем. Верхний радиально-упорный гидродинамический подшипник 8 работает на масле от индивидуальной маслоустановки. Уплотнение главного разъёма осуществляется с помощью медного кольца с автоматической системой контроля герметичности. Вал удерживается нижним ПС 10 и верхним радиально-упорным гидродинамическим подшипником скольжения 8. Проставка 9 позволяет производить ремонт и замену уплотнения без демонтажа электродвигателя. Корпус ГЦН устанавливается на опорные лапы для соединения с фундаментом через шаровые опоры, для компенсации температурных расширений трубопроводов первого контура.

 

 Заключение

В ходе проведённой работы были проведены расчёты по определению исходных геометрических и гидродинамических параметров лопастной системы, геометрических характеристик лопасти рабочего колеса главного циркуляционного насоса осевого типа для энергоблоков ВВЭР. Также предложена конструкция насосной установки, построена соответствующая 3D-модель рабочего колеса, на основе которой был произведён поверочный прочностной расчёт, давший удовлетворительные результаты.

 

Список использованной литературы

1. Голиков В.А. Разработка и численное исследование лопастной системы осевого насоса: учеб. пособие / В. А. Голиков, Д. А. Корепанов, П.В. Пугачев. – СПб.: Изд-во Полтехн.ун-та, 2016.–220 с.

2. Александров А.А., Григорьев Б.А. – Справочные таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара – Издательство МЭИ. 1999г -168 с.
3. ГОСТ 6636-69 Основные нормы взаимозаменяемости нормальные линейные размеры. Издание (июль 2004 г.) с Изменениями № 1, 2, утвержденными в июле 1981 г., октябре 1988 г. (ИУС 9-81, 1-89)

 

 

 

Приложени е