屏蔽泵是核电站的重要辅机设备,但是受国外技术保密限制,因此自主设计满足核电用高标准要求、安全可靠运转的介质循环单级屏蔽泵,对丰富我国相关产品结构,大力发展核电事业提供技术保障具有重大的意义。本文基于某核电厂3号机组的建设,对单级屏蔽泵进行了结构设计,采用三维数值模拟和实验测试对屏蔽泵进行了性能优化。本文详细介绍了屏蔽泵的工作原理和结构分类,结合国内外研究现状及发展趋势,运用速度系数法对50-32-160型单级屏蔽泵的叶轮和泵体进行水力设计。用RCC-M标准中公式计算了各承压零部件的强度和刚性,结果均满足核电用泵的标准要求,从而保证了泵运行可靠性。本文利用CREO软件创建了50-32-160型单级屏蔽泵的三维几何模型,运用了ICEM对该模型进行了网格划分,通过ANSYS Fluent软件对屏蔽泵内部全流场进行了三维定常数值模拟,得到此50-32-160型屏蔽泵的特性曲线和内部流动特性。数值模拟预测得到的扬程、效率等参数与试验测试结果趋势的变化基本一致,比较准确的反应了泵内介质的流动情况。本文分别对0.6、1.0、1.2倍额定流量点进行模拟,得到三种工况下流场内叶片工作面与背面的流速与压力分布情况,以及蜗壳的流速与压力分布情况,对屏蔽泵进行了性能分析。三种工况下,叶轮工作面压力均高于背面,叶片背面进水边位置靠近轮缘处成为叶轮最容易产生汽蚀的地方;流体沿着叶片径向方向逐渐增加,相同径向位置叶片工作面速度始终大于背面;蜗壳最高压力出现在蜗壳出口位置,蜗壳隔舌处有局部冲击现象;蜗壳中流体速度总体成逐渐减小趋势,尤其是在流体流至扩散区域后,流速减小的幅度明显增大,直到蜗壳出口部位速度减为最小,部分动能转变为压力能。本文对单级屏蔽泵进行了改进结构设计:根据泵在实际运行中存在的问题,对泵体腔内壁结构进行了改进设计,在泵腔光滑内壁表面加入一定数量的筋板。通过模拟对比结构改进前后叶轮前盖板静压力的变化,证明筋板的设计对于平衡泵内部轴向力有明显作用,增强了泵的稳定性、延长了泵的使用寿命。