反应堆主泵压水室出口收缩角对水力性能的影响

针对国内某百万千瓦核反应堆主泵的水力性能要求,完成主泵叶轮和导叶的设计;为研究出口收缩角对水力性能的影响,设计了13种压水室出口收缩角,采用三维软件Pro/E完成了三维造型;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent进行定常与非定常三维数值模拟,得到内部流场特性及计算点的压力脉动情况,并对其进行分析。结果表明:收缩角对压水室与出口交接处的前后区域影响显著,收缩角在12°~16°范围内,主泵效率均在70%以上,=15°时效率达最大值74.2%;在=15°且其他结构参数不变的情况下,随着流量的降低,主泵叶轮进口前和导叶出口处回流区域逐渐扩大;随着流量的增加,叶轮进口前回流区域逐渐向叶轮进口偏移;回流是引起压水室与出口交接处压力脉动的主要原因;偏离工况越大,压水室出口处的压力脉动波动越严重。     

仿生导叶对CAP1400主泵性能影响研究

为探究仿生导叶对主泵整体性能的影响,本文以CAP1400主泵的缩尺模型（1:2.5）为研究对象,提出了一种新型导叶叶片仿生设计结构,并通过优化设计平台得到了优化模型（仿生导叶最优解）。采用数值方法得到了主泵全三维模型的水力性能和安全性能,并通过对比分析原模型与优化模型之间性能差异,得到结论：在设计工况下,优化模型使主泵的扬程和效率分别提高了1.7%和1.9%;优化模型具有降低内流场噪声和改善导叶叶片表面应力分布的作用;优化模型对主泵空化性能影响不大。本研究结果可为后续主泵进行水力设计和声学预测提供参考。     

CAP1400核主泵导叶和叶轮匹配数研究

为研究导叶和叶轮之间匹配对核主泵性能的影响及作用在叶轮上的径向力分布情况,采用CFD技术对不同方案下的核主泵进行非定常数值模拟,并进行试验验证。研究结果表明：核主泵扬程和效率的计算曲线与试验曲线基本吻合,效率相对误差在2.5%左右,扬程相对误差在4%左右;叶轮叶片数和导叶叶片数对核主泵性能影响较大,对其进行合理匹配能有效地提高泵性能;叶轮和导叶的不同匹配使叶轮径向力分布规律具有很大差别,作用在叶轮上的径向力呈周期波动,脉动频率以叶轮通过导叶频率为主;小流量工况下,随着流量的减小,叶轮的径向力及其脉动幅值增大,而变化速率减小;大流量工况下,随着流量的增加,叶轮的径向力及其脉动幅值增大。     

核主泵水力性能数值预测的缩比效应研究

为提高核主泵的整体水力性能,实现与屏蔽电机的最优匹配,基于缩比模型换算法,选取RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对核主泵进行非定常数值预测及外特性试验。结果表明:在0.4Qd~0.7Qd流量工况下,扬程-流量曲线较为平坦;额定工况下,扬程预测值较额定值高5%,叶轮扬程最大值在0.4Qd工况点,水力效率最大值在0.9Qd工况点,叶轮水力效率模拟值较试验值高5%;小流量工况下,导叶水力损失呈以0.4Qd工况点为中轴线的正态分布,水力损失最大值在0.4Qd工况点;大流量工况下,导叶水力损失最小值在1.1Qd工况点。压水室水力损失符合正弦波分布规律,波峰在0.4Qd工况点附近,波谷在0.9Qd工况点附近。     

CAP1400堆内构件流致振动试验研究与分析

针对CAP1400反应堆,采用1:6试验模型,在相匹配的水力模拟试验回路上完成了不同工况下的流致振动试验,获得了完整的试验数据,并对试验数据进行了详细分析和评价。结果表明,CAP1400堆内构件的设计对于流致振动是安全的,该结论为核安全评审提供了依据。     

偏心率对核主泵叶轮口环密封激励力的影响研究

为探究转子偏心率对核主泵转子密封激励力的影响,基于雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,选取平面密封、迷宫密封和螺旋密封3种口环结构方案,对核主泵口环间隙内部流动进行数值计算,得到口环间隙区域压力、泄漏量及其密封激励力的分布规律。结果表明,模型泵性能预测值和试验值较为吻合,扬程最大误差为4.78%。在转子无偏心时,相对于平面密封,采用螺旋密封方案时口环泄漏量显著降低93.1%,而密封激励力增加63%。偏心率为10%时,口环压力分布沿周向较为均匀;当偏心率为30%时,周向靠近偏心位置处,口环间隙内部产生带状压力突升区,相对于无偏心方案,平面密封的泄漏量显著降低43.6%,而密封激励力增大4.4倍,迷宫密封和螺旋密封方案可显著降低转子偏心产生的密封激励力,其中迷宫密封可显著降低55%;偏心率为50%时,口环间隙内部带状压力突升区域偏向高压侧。本数值预测方法为揭示偏心转子对核主泵口环密封激励力的影响提供理论依据。      

压水堆冷却剂中硼酸浓度对核主泵性能影响研究

采用Fluent软件对混流式核主泵叶轮在多流量工况和冷却剂中含有不同浓度硼酸溶液的多方案进行三维湍流流动数值模拟,结合实验数据,分析了清水与硼酸溶液对核主泵性能影响的差异,着重研究了硼酸浓度对叶轮的影响程度,并对采用数值计算方法预测核主泵中以清水作为模拟介质的可行性进行了分析.结果表明,即使在极限硼酸浓度下,冷却介质中...     

叶轮叶片厚度对混流式核主泵能量性能的影响

为了分析混流式核主泵叶轮叶片厚度对能量性能的影响和进行流体动力优化,以某公司制造的100型混流式核主泵为研究对象,选取叶轮叶片厚度作为优化设计变量,分别设计了3种不同叶片厚度的叶轮。首先对原始模型进行数值模拟及性能预测,通过与原始模型试验数据的对比分析,确定了合理的数值模拟方法和验证性能预测的可靠性。对3种不同叶片厚度的叶轮进行全流道的数值计算分析,预测分析不同叶片厚度对核主泵外特性以及内部流场分布的影响。分析结果表明:相同流量工况下,随着叶轮叶片厚度的减薄,核主泵的扬程增加,效率降低。由于空间导叶的特殊结构,叶轮叶片减薄使导叶叶片进口处出现回流现象,增加了导叶内的流动损失,且全流道内的压力整体较高。因此,适当地增加叶片厚度有助于提高具有特殊空间导叶结构的核主泵效率和保证核主泵运行的可靠性。     

主管道管径对主泵性能的影响分析

针对压水堆核主泵及其2种不同的主管道冷段管径配置方案,将核主泵与主管道组合建立三维模型,采用六面体结构化网格划分并进行了整个流动区域的非定常流动特性数值计算,得出了不同的主管道冷段配置方案下泵内及管道内的非定常压力脉动特性。分析结果表明:增加冷段管径使主泵本身效率降低,但由于相接的冷段管径增大使水力损失降低,整个系统效率提高了1.3%;配置较大管径冷段可以明显降低过渡段的压力脉动幅值;2种冷段管径方案的泵内导叶入口位置和压水室内的压力脉动幅值差别较小,冷段内压力脉动幅值也较小,且均呈现出无周期和无规律特性;配置较大管径冷段会使轴向力脉动幅值略有降低。     

基于源项法的闭式回路架构对主泵性能影响的分析研究

传统的主泵流动分析平台多为简化的开式流路,与真实闭式回路运行工况存有较大差异。为探究主泵在真实回路中的流动特性与机理,以包含密封口环间隙的主泵全通道水力模型为研究对象,采用源项法进行稳态、瞬态计算分析研究。稳态计算结果表明:闭式循环回路中形成漩涡流态,致使主泵进口处发生预旋,产生入流畸变,导致湍动能有所增加,能量分布不均匀;瞬态计算结果表明:相较于开式流路,闭式回路入流畸变带来流场压力、速度、湍动能、压力脉动等特性的变化,导致泵体扬程、效率均有所下降,所受径向力、轴向力增大。闭式循环回路架构针对主泵流动性能的分析更接近真实流动。      

CAP1400一回路系统管道弯制工艺研究及质量控制

研究了CAP1400核电反应堆一回路系统管道弯制过程中的主要关键工艺,包括中频弯管的临时推管设置、推进速度、冷却方式优化等以及固溶热处理,并提出管道弯制成形后的检验和验收以及弯制过程中的质量控制。     

核电厂屏蔽主泵Canopy密封环钻孔疏流装置设计与研究

针对国和一号（CAP1400）、非能动先进压水堆（AP1000）核电机组屏蔽主泵拆装过程中残余放射性冷却剂如何导出的问题,研制了Canopy密封环钻孔疏流装置,并在试验台上进行了钻孔疏流试验。试验结果表明,Canopy密封环钻孔疏流装置密封效果达到了预期效果,未出现冷却剂外泄;刀具及切削参数选取合适,碎屑为细小碎片状,可随冷却剂一起导出;整套系统结构紧凑,工艺控制简单,能够实现远程控制的功能需求。      

AP1000核主泵的优化设计及试验研究

根据核主泵的设计参数,采用正交试验对核主泵的主要参数进行了初步正交优化设计。根据正交优化结果,得到了1组最佳几何参数组合及各主要参数对核主泵性能影响的主次顺序,根据主次影响顺序对主要影响因素进行了进一步的多方案优化设计,进而得到能使核主泵具有更好性能的叶轮几何设计参数组合。根据最终的叶轮几何设计参数,建立了三维模型及对其内部流场进行了数值模拟计算,并用相似换算法,设计制造出对应的模型泵进行试验研究。结果显示:试验结果和模拟结果基本吻合,由此可证明叶轮优化设计的正确性。     

CAP1400控制棒提升极限分析方法研究

控制棒提升极限用于限定控制棒组棒位和可溶硼浓度的范围,以防止慢化剂温度系数突破限值。CAP1400核电厂采用机械补偿运行策略,使控制棒及硼浓度运行范围大为扩展,同时功能独立的M棒组和AO棒组同时插入堆芯使得插棒情况更为复杂,因此与传统核电厂相比,CAP1400核电厂的控制棒提升极限更难界定。本文建立了适用于CAP1400核电厂的控制棒提升极限分析方法,并给出计算结果。本文提出的方法合理地解决了复杂的控制棒运行情况给提升极限造成的影响,并充分地利用了电厂实测数据对提升极限进行修正。基于本文方法得到的提升极限精确且具备一定的保守性,所以便于电厂实际运行时使用。     

反应堆冷却剂泵叶轮水力性能分析与优化设计

以反应堆冷却剂泵叶轮为研究对象,采用计算流体动力学（CFD）方法对其内部流场进行数值模拟,得到该泵叶轮水力性能的分析结果。根据CFD分析结果,叶片入口轮毂侧流动冲角过大,叶轮额定流量下的扬程低于设计要求,必须汽蚀余量（NPSHr）较大,需对其进行优化设计。考虑到CFD计算的偏差和实际工程经验,确定了叶轮水力性能优化目标;以叶片进口安放角、出口安放角和叶片进口边位置为优化变量,选择多种组合方案进行计算,确定了优化设计方案。对优化设计后的叶轮进行CFD计算,结果表明:相对原设计的叶轮,优化后的叶轮叶片入口处流动冲击明显减小,NPSHr大幅减小,内部流场更为合理,水力性能明显改善,优化方案满足预期目标。      

核电厂主泵倒流工况转子动态特性分析与研究

为防止核电厂主泵在反应堆冷却剂倒流产生的冲击载荷作用下发生反转,在电机上设置了由恢复弹簧和液压缓冲器组成的棘爪式防倒转装置。根据防倒转装置的结构特点及其工作原理,建立了防倒转装置的理论模型和主泵转子的运动学方程,分析了主泵倒流工况转子运动的动态特性,得到了转子的速度-位移运动轨迹。结果表明,由于反应堆冷却剂倒流产生的冲击载荷小于防倒转装置的设计载荷,主泵转子在倒流工况下经历包含6个运动状态的往复运动后,转速逐渐降低直至停止,实现了防止主泵反转的功能。      

CAP1400钢制安全壳现场组装焊接质量控制

从加强核电现场焊接质量管控的角度出发,通过对CAP1400压水堆核电钢制安全壳现场组装焊接过程中质量控制的论述,提出了一套较为全面的现场焊接质量控制流程。从母材及焊材的选择为出发点展开分析,结合现场焊接实际状况,对焊接质量控制容易忽视的薄弱环节,提出了具有针对性的处理方案,提高了钢制安全壳拼装过程中的焊缝质量,同时对现场产生的不符合项处理流程的优化提出了改进意见。