核主泵脱落式飞轮优化设计及仿真分析

为实现飞轮在额定转速下不松脱,具有核主泵所要求的转动惯量,保证飞轮在额定转速下的完整性的同时能达到在限定转速下的脱落,对国内外各类飞轮结构进行了调查,研究了美国双层脱落式飞轮结构的原理及特点,同时报告了国内外脱落式飞轮结构的发展现状。在结合了各类型飞轮结构的优缺点后设计了全新的核主泵飞轮结构,应用平面应力解析法以及有限元分析选定了合适的过盈量,通过试验验证了此脱落式飞轮的可行性。结果表明:此飞轮结构能够保证额定转速下的完整性,实现临界转速的合理松脱。     

核主泵电机轴承润滑故障分析

调查了核主泵电机轴承结构及材质。分析了核主泵电机在用润滑油的理化指标、元素含量及磨损颗粒,探讨了核主泵电机滑润油铅含量偏高的原因。结果表明：在本案例中,核主泵电机润滑油铅含量升高与润滑油本身以及电机轴承的机械磨损无关,可能来源于电化学腐蚀电机轴承或者由于加油工艺偏离,换热器、密封等破损导致的外界污染。     

ACP100核主泵四象限全特性模型试验研究

核主泵是核岛一回路系统的核心设备,决定着核电运转控制水循环的安全性和可靠性。300 MW以下的小型堆核主泵技术在国内尚属空白,ACP100核主泵的研制将有效支撑我国小型核反应堆技术的发展和推广。本文采用降转速测试方法对1:1的ACP100核主泵水力模型进行四象限全特性模型试验,测得泵工况性能指标满足设计;四象限曲线数据完整,为后续核主泵过渡过程和整体回路系统瞬态热工水力特性计算提供了有效数据。     

百万千瓦轴封式核主泵推力轴承失效研究

选取主泵三种典型惰转工况,利用流体力学、摩擦学基本原理计算出各工况中主推力轴承最小油膜厚度的变化情况;并对比分析轴承温升辅助判断各时间段内轴承的摩擦状态。通过对比分析得出结论:当主泵转速高于安全转速621 r/min或惰转时间低于23 s时,轴承一直处于较理想的润滑状态;主泵转速低于危险转速88.96 r/min时,轴承润滑状况恶化,磨损失效风险增大。采用变化分析法得到轴承无顶轴油惰转失效的根本原因是顶轴油管路功能部分失效,并对当前采取的改进措施进行分析评估,为该型主泵顶轴油管路的进一步改进及惰转运行操作提供了理论依据。     

核主泵系统高温液态铅铋润滑导轴承流体动力学特性分析*

铅铋轴承是新一代核电站二回路主循环系统重要组成部分,用于支撑整个转轴系统。针对轴承存在的动力学特性和润滑机制尚不清晰等问题,建立铅铋轴承流体动力学模型,研究间隙、转速、偏心率和有无环形导流槽对铅铋轴承液膜流体动力学特性的影响,揭示压力峰值与转速、偏心率和间隙的变化关系,探明间隙对动压效应形成规律的影响。研究结果显示环形导流槽对承载力和摩擦因数的影响远小于无环形导流槽,最大压力随着转速、偏心率的增大而增大,随着间隙的增大而减小,最小压力与最大压力结果相反。研究结果为新型高温液态金属润滑轴承设计研发及国产化提供了理论依据。     

核主泵2号密封变形机理及泄漏特性数值研究

核主泵2号密封在事故工况下,需要承受一回路高压,由于缺乏2号密封在承受高压条件下的密封机理研究,严重制约2号密封承受高压时的可靠性分析和评价。依托CPR1000核电机组100型核主泵2号密封,提出一种流固耦合分析数值模型并通过台架试验验证,系统阐述了核主泵2号密封承受高压时由摩擦面密封向流体静压型密封的转变机理,并研究了动环锥角、泄漏量随压差增加的变化规律。通过数值研究,发现2号密封锥角和泄漏量在5 MPa压差左右出现拐点,动环锥角最大约为0.05°,随着压差进一步增加,动环锥角基本保持不变,泄漏量则随压差呈现近似线性上升。     

核主泵密封装置试验研究

核主泵密封装置的试验研究是研究开发核主泵密封的重要手段之一。该文针对自主研发的核主泵密封装置中的第2级流体动压式密封的结构型式,开展了密封端面槽型比对试验、单级密封强化运转试验以及整机密封的长周期试验等研究。长周期性能试验结果表明所研制的密封装置运行平稳,密封性能良好,性能指标达到预期目标,为今后进一步深入研究核主泵密封装置打下了良好的基础。     

压水堆主泵及液态金属泵转子动力学研究进展

核主泵是核电站的关键设备之一,也是反应堆冷却系统的唯一旋转机械设备,其稳定运转对整个反应堆的正常工作至关重要,因此,针对核反应堆主泵开展转子动力学研究,探究主泵转子部件的模态振型、固有频率和支撑系统的刚度阻尼、液膜厚度十分必要。以国内外有关压水堆主泵及液态金属泵的转子动力学研究为重点,围绕压水堆主泵、钠冷快堆主泵、熔盐堆主泵、铅冷快堆主泵4种核主泵类型,从核主泵及其转子部件的结构特点出发,对现阶段主泵导轴承润滑性能和主泵转子结构固有频率、模态分析、临界转速等转子动力学特性的研究进展进行综述和展望,以期对有关核主泵转子动力学特性的计算分析起到一定的借鉴和指导作用。     

核主泵水润滑推力轴承试验磨损颗粒研究

某核主泵水润滑推力轴承在试验浸银石墨瓦时,在类似热瞬态工况时出现异常振动及噪声,拆机发现石墨推力瓦和推力盘硬化层表面均出现较严重磨损,且石墨推力瓦出现局部剥落。采用化学、光学、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、电子探针等方法研究水润滑轴承试验的磨损颗粒相结构、形貌、成分、组织和磨损表面特征;明确热瞬态时不锈钢推力盘硬化层与石墨推力瓦的摩擦磨损形式和过程,得出水润滑推力轴承已经进入边界润滑状态,局部发生干摩擦的结论;提出一些改进建议,如将水润滑轴承瓦面材料改为碳素纤维复合材料以增加抗磨性能,改善瓦面形状以减少热变形,增加接触曲面硬化层以控制高应力曲面接触的微动磨损。     

浅谈核主泵的国产化

压水堆核电站一回路冷却剂循环泵(以下简称核主泵)是核电站的关键设备,核主泵对整个核电站的安全起着至关重要的作用。随着核电事业的发展,我国已掌握了多数关键核电主设备的制造能力,唯独核主泵在我国现已投产的核电机组中仍然主要依赖国外引进。核主泵的国产化,是几代核电人追求的梦想,实现核主泵的国产化将进一步促进我国核电事业的快速发展。本文通过对当今世界核电主泵各种流派的技术特点对比分析,梳理主要发达国家发展核电主泵的历程,建议培育我国核电主泵的自主设计能力、自主制造能力和自主试验验证能力。提出只要认认真真学习,掌握先进技术,扎扎实实推进核主泵自主研发的各项工作,核主泵的国产化目标一定能够实现。     

支撑条件下核主泵分离式飞轮理论分析与试验研究

针对核主泵脱落式飞轮脱落冲击造成的二次事故问题,设计了有支撑的分离式飞轮原理样机,飞轮盘在有支撑的条件下进行转动,完全依靠自身的离心力作用实现分离,消除了脱落时飞轮盘的冲击力。为对支撑条件下分离式飞轮的脱离性能进行研究,对分离式飞轮进行了受力分析并建立了力学模型,搭建了飞轮试验平台,完成了支撑条件下的分离试验。多次试验证明:分离式飞轮工作过程中,飞轮盘与轴套间的过盈量、飞轮盘的重力以及支撑位置和摩擦力、飞轮盘装配误差等因素不同程度的影响了飞轮盘的分离。从而为工程样机的试制提供了理论与试验依据。     

岭澳核电站主泵动平衡

介绍岭澳核电站在反应堆冷却剂泵更换水力部件后,在热停堆状态振动位移值达到165μm的情况下,采用现场动平衡法进行处理,使该泵振动状态恢复到良好水平。     

基于ABAQUS的反应堆主泵抗震强度分析

对于泵用有限元方法做强度验算,一般是使用壳单元,泵的厚度为一个固定值。本文通过CATIA软件建立了与真实主泵完全一致的三维模型,然后将三维模型导入大型商业软件ABAQUS中,使用软件的四面体网格自动划分功能,对建立的模型划分有限元网格,克服了采用壳体单元的近似,使模型的计算结果更加可靠。通过调用ABAQUS结构分析模块,避免了计算中将模型导入其它有限元软件时的信息丢失。反应堆用主泵的抗震强度计算表明,在地震载荷、温度场的作用下,最大Tresca等效应力为60.2MPa,低于应力极限值199.237MPa,应力均完全满足相关规范抗震强度的要求。     

混流式核主泵内部复杂流动结构分析

以混流式核主泵水力模型为研究对象,基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用流体计算软件ANSYS-Fluent对不同工况下的混流式核主泵水力模型的三维湍流流场进行数值模拟。通过分析不同特征面上的流动状态,构建该泵内的典型时均流谱,为性能优化及内部流动控制提供参考。计算结果表明:高涡量区域主要分布在固体壁面、径向导叶流道以及球型压水室内出液管附近;靠近出液管附近存在旋涡,导致流动损失增加,但随着流量减小,此处的流动情况趋于稳定,旋涡减弱甚至消失;靠近球型压水室出液管段的旋涡及其相近的径向导叶流道内的复杂流动情况与球型压水室出液管的位置有一定关系,因此减小出液管附近的流动损失,对实现混流式核主泵流动控制具有重要意义。     

核反应堆立式主泵泵轴涡动特性研究

针对国内多个核电厂反应堆主泵存在泵轴不稳定涡动导致振动报警的问题,对涡动特性进行了深入研究。首先,对主泵轴进行了转子动力学分析;其次,对主泵振动包括涡动频率、涡动幅值等进行了测试,研究了泵轴涡动的原因及涡动源位置。结果表明：立式主泵轴系半频涡动频率略低于0.5倍频,在0.43~0.49倍频范围内变化;涡动幅值时高时低,但并不呈发散趋势,总体处于动态平衡;主泵轴振动波动的幅度主要由半频涡动的波动幅度决定;主泵轴系的半频涡动为泵轴下部轴承水膜涡动引起,非电机轴油膜涡动引起。为降低轴系涡动的影响,提出了泵轴下部轴承的优化建议。     

磁悬浮飞轮转子系统动态试验分析

以600 Wh飞轮储能系统为研究对象,为计算飞轮转子系统的临界转速分布及评估在高转速下运动稳定性,采用SolidWorks进行三维建模并导入有限元软件SAMCEF Rotor求解其临界转速和模态振型。对飞轮储能系统进行升降速试验采集动态试验数据并通过时域图、频域图、轴心轨迹图进行分析。将有限元分析与试验数据进行对比,结果表明:飞轮转子系统在临界转速时振幅明显大于稳定转速时,在工作转速中,轴心轨迹重复性较好,没有超过气隙值0.3 mm,稳定性良好,为不同储能飞轮转子的改善和设计提供参考和依据。     

高储能飞轮转子动态特性及应力分析

对多层复合材料飞轮进行动态特性及应力有限元分析,研究其固有频率、应力以及位移分布。结合复合材料飞轮转子的结构特点,建立基于各项异性对称结构理论的计算模型,得到飞轮转子在工作转速下应力和位移的解析公式。建立飞轮转子有限元分析模型,对飞轮转子轮缘任一点的径向、环向应力及动态特性进行较为全面的仿真分析。结果表明,应力结果的安全系数和动态分析的固有频率均满足设计要求。该分析结果可为飞轮的设计制造提供重要参考。     

叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。