压水堆主泵飞轮周围间隙流中泰勒涡传热特性的数值研究

反应堆冷却剂主泵飞轮周围的间隙空间充满流体。飞轮按额定工况速度旋转时,间隙内流体作周向剪切流动的同时产生强烈的湍流泰勒涡二次流动,改变了飞轮间隙流的传热特性。本文采用不同的湍流模型对湍流泰勒涡进行了模拟,雷诺应力模型的模拟结果与现存实验结果最为接近。数值模拟显示,主泵飞轮圆柱面间隙中充满排列规则的周期泰勒涡对,飞轮端面间隙中出现覆盖全端面的扁环形涡胞。飞轮圆柱表面的当地热流密度和努塞尔数与泰勒涡一样呈明显的周期性变化规律。圆柱面泰勒涡对和端面涡胞增强了飞轮区域的传热能力,对飞轮和周围承力部件的温度分布产生重要影响。     

核主泵屏蔽电机内部水路三维流场研究

核主泵屏蔽电机是核电站核岛一次回路系统的重要组成部分,而屏蔽电机内部的冷却水的流动状态直接影响电机内的热量传递的效果。对此建立了一种屏蔽电机整机的三维流场模型。基于计算流体力学理论中的有限体积法,利用Ansys Fluent软件,以实验得到的额定工况时的一次水流速为边界条件,反演计算出屏蔽电机内部的流场速度分布。针对结果分别对屏蔽电机内的关键部位的三维流场进行了分析,得出屏蔽电机内部的轴向及径向速度分布规律。计算结果表明,在靠近旋转壁面处,水速较大,且沿轴向以螺旋线形式向上流动,在下飞轮、屏蔽套间隙流体沿径向速度梯度较大。该研究可为后续的温度场研究提供不同位置处速度分布和数值。     

反应堆冷却剂泵惯量设计影响因素研究

主泵惯量设计应考虑主泵本身和回路特性的综合影响。本文建立了基于四象限特性的主泵惰转数值计算模型,评估主泵本身和回路特性对主泵惰转的影响。结果表明,转动惯量、摩擦损失等主泵因素,沿程阻力、局部阻力等回路因素均影响主泵惰转流量特性,但惰转转速下降主要与主泵本身因素相关,与回路因素关系不大。采用初始动能比ε表征主泵惯性和回路流体惯性的综合影响,流量下降相对转速下降的滞后程度与ε线性相关。对于ε较大的回路,应充分考虑惰转流量的滞后影响,避免主泵转动惯量设计采用过大的裕量,造成机组效率下降和设计难度提高。     

屏蔽式主泵飞轮方案论证及转子轴系动态性能敏感性分析

为保证核电主泵满足反应堆停堆和断电事故后惰转时间的要求,对屏蔽式主泵机组的转动惯量要求、飞轮配重方案以及主泵转子轴系的动态性能进行分析,给出了飞轮方案,并进行轴承水膜刚度对转子轴系动态性能影响的敏感性分析.     

主循环泵惯性飞轮完整性分析

核反应堆主循环泵上安装储能飞轮，能够为反应堆在断电事故下提供冷却剂，避免堆芯损坏。储能系统的结构完整性直接关系到反应堆的安全。本文采用非线性接触算法，利用有限元软件对主循环泵飞轮进行完整性分析。考虑过盈、额定转速和超速等载荷工况，从结构强度和断裂力学两方面进行了分析。计算结果表明，飞轮的结构强度及假想缺陷处应力强度因子均满足标准要求，在规定工况下能够保证其结构完整性。     

主泵惰转特性分析与设计方法研究

考虑主回路流体惯性和主泵转动惯量的综合作用,对主泵惰转瞬态的转速、流量计算方法进行研究。经验证,相比忽略回路影响的传统方法,考虑回路流体惯性影响后得到的计算惰转流量更接近试验测量数据。在惰转转速和流量计算方法研究基础上,提出了考虑回路流体惯性影响的惰转特性设计方法,可在不影响核安全前提下适当增加主泵转动惯量设计的灵活度。采用扣除电气损耗的机组效率作为输入参数,本文使用的惰转计算与设计方法也适用于无轴封主泵。     

AP1000主泵飞轮及水润滑轴承研究

根据理论推导和对屏蔽电机主泵的设计、运行和故障处理经验,计算分析浸水重金属飞轮的摩擦损耗。按照双向中心支承推力轴承的摩擦学设计原理,分析重金属飞轮对先进非能动压水堆(AP1000)屏蔽电机主泵的影响。     

核电厂反应堆冷却剂泵飞轮的超声波检测

反应堆冷却剂泵飞轮键槽是易损部位,要求役前及在役检查阶段对其进行超声波检查。重点介绍了反应堆冷却剂泵飞轮检测的范围,以及一种组合式探头的设计应用、检查实施、信号分析等。该超声波技术符合规程要求。提出一种新的针对主泵飞轮的超声波检查方式,该检查方式具有更高的检查灵敏度。     

钠冷快堆一回路主循环泵在厂外主辅电源切换工况下的运行特性研究

在厂外主辅电源切换时,为避免因一回路主循环泵（简称主泵）运行引起反应堆保护停堆或电机辅助绕组启动,对主泵惰转特性及转速控制进行分析,分别对快切和慢切工况下主泵的快速飞车启动和搜频飞车启动模式进行研究,给出了不同模式下主泵的最低转速预测模型,分析出了快切工况（断电1.5 s）下主泵最低转速为708.3 r/min,慢切工况（断电10 s）下最低转速为341.2 r/min。在主泵水台架上,用1.5 s和10 s断电试验来模拟厂外主辅电源快切和慢切工况,试验结果表明,快切工况下主泵最低转速为689r/min;慢切工况下主泵最低转速为346.7 r/min。最低转速预测值与试验值吻合较好,偏差小于3%。试验验证了主泵在主辅电源切换工况下的运行特性,可实现快切不导致反应堆保护停堆,慢切不导致辅助绕组启动,对反应堆安全运行具有指导意义。     

流体动压型核主泵机械密封腔内流动与传热研究

为研究某型号流体动压型核主泵机械密封流场和温度场的分布规律,使用Pro/E软件建立了机械密封环及密封腔的三维实体模型。采用k-ε湍流模型,基于ANSYS Fluent软件求解了纳维-斯托克斯（N-S）方程和能量方程。研究了密封环生热与密封腔散热的规律。分析了流体流动与温度变化趋势。结果表明:该型核主泵机械密封的压力以密封端面为界,分为高压区和低压区。在密封端面液膜压力由外径到内径逐渐降低。最高温度出现在密封端面处,由密封端面向外温度逐渐降低。液膜粘性剪切热通过密封环的热传导及腔内流体的对流换热作用而带走。机械密封的泵送环强化了端面热量的散失。      

反应堆冷却剂泵转速监测系统浅析

主泵即反应堆冷却剂泵,它是反应堆冷却剂回路中唯一高速旋转的机械设备,也是压水堆核电厂重要设备之一.由于主泵转速信号经常出现异常,尤其是主泵转速产生高漂,为解决主泵转速高漂问题,本文主要对主泵转速监测系统的原理和功能出发,通过对秦二厂2号机组大修期间,主泵转速机箱及探头改造现场实践遇到的故障进行分析和试验,通过模拟现场缺...     

需求管理在核主泵转速测量方向中的设计与应用

转速是反应堆冷却剂泵的一个重要运行参数,对表征核主泵的功能具有重要作用和意义。基于核主泵转速测量的工程需求进行需求管理分析,首先整理出工程项目中的需求管理流程;利用树图对核主泵转速测量进行需求分析;基于需求管理模型开展需求管理和需求输出,对现有常用主泵转速的测量方法进行梳理,最终通过光电感应原理,设计出一种光电对射型转速测量装置,以满足特定环境下转速的测量需求。     

湿绕组电机主泵双金属飞轮钨合金棒尺寸优化设计

针对湿绕组电机主泵双金属飞轮内嵌钨合金棒的特殊结构,在满足飞轮结构完整性和功耗要求的前提下,为了提高飞轮的转动惯量,对飞轮结构的关键参数进行优化设计是十分必要的。本文以钨合金棒直径为优化目标,利用优化设计软件Isight及有限元分析软件Workbench,对内嵌的双排钨合金棒直径尺寸进行优化设计,保证飞轮在满足应力强度要求的前提下,拥有较大的转动惯量,从而获得最优的飞轮结构。结果表明,优化后飞轮的应力极值为183.2 MPa,满足强度要求。飞轮整体的转动惯量为1 873.4 kgm2,比常规设计下的转动惯量增加8.2%。该方法对提高核主泵飞轮结构设计效率具有一定的指导意义。     

基于PID控制的密度锁启动方案计算验证

对某非能动余热排出系统,在自平衡启动方案基础上,增加了泵转速控制系统,提出了基于PID控制的密度锁启动方案.余热排出回路截止阀打开后,根据密度锁内流体温度变化调节主泵转速,使冷热流体温度分界面维持在密度锁中,确保主回路和余热排出回路的隔离.依据一维连续性方程、能量方程及动量方程对密度锁启动过程进行数值模拟.结果表明:在控制系统调节作用下,通过改变主回路质量流量,可逐渐建立2个回路之间的压力平衡,最终实现密度锁的成功启动.采用该方案可有效降低密度锁启动条件,提高密度锁启动成功率.     

动静叶栅间隙对钠冷快堆二回路泵压力脉动特性的影响

为了研究动静叶栅间隙对钠冷快堆二回路泵压力脉动特性的影响,以钠冷快堆二回路泵原型样机为研究对象,基于剪切应力传输（SST）k-ω湍流模型,对5种导叶进口直径下的模型泵进行非定常数值计算,其中不同模型对应的动静叶栅相对间隙（s）分别为3.030%、4.545%、6.060%、7.575%和9.090%。获得了不同s的模型泵导叶流道区域的压力脉动特性及作用在转子上的径向力特性,分析结果表明:s为7.575%的模型泵,其扬程（H）和效率（η）均为5种模型中最高;导叶流道内各测点的压力脉动主频均为叶轮叶片通过频率,且各测点的叶频处压力脉动幅值沿导叶进口至出口方向逐渐降低;随着动静叶栅间隙增大,各测点处压力脉动及转子所受径向力脉动的叶频处幅值均逐渐降低,且高频脉动成分发生衰减;同时,转子所受径向力矢量大小和方向的波动性也逐渐减弱。      

主泵高压冷却器盘管的流致振动分析

为验证反应堆冷却剂泵（简称主泵）用高压冷却器结构设计在正常运行工况下可避免流致振动的发生,本研究依次从漩涡脱落、流体弹性不稳定和湍流激励3个方面分析了高压冷却器的壳侧流体对中间盘管振动产生的影响。采用预应力模态分析得到了螺旋管的固有频率为1.877 Hz,便于后续评定的对比;针对最大流通面积和最小流通面积2种极限情况分别计算了漩涡脱落频率,得到固有频率与漩涡脱落频率的比值均小于2;应用卡曼涡流频率计算得出螺旋管的流弹不稳定临界流速大于壳侧间隙流速,说明壳侧流体的流速未达到螺旋管的流弹不稳定临界流速;选用合适的螺旋管束半经验模型计算得到湍流激振的中心主频率是螺旋管固有频率的3.76倍。漩涡脱落、流体弹性不稳定和湍流激励的计算分析结果充分证明高压冷却器的结构设计是安全合理的,可满足核电厂的使用要求。      

主泵试验台架振动原因分析与修改方案

反应堆冷却剂泵（简称主泵）在试验台架进行试验时出现振动偏大的现象,振幅超出样机规范书的要求,振动数据的频谱显示为低频振动。通过转子动力学的有限元方法分析了主泵的振动特性,对比振动频谱排除了主泵转子振动和轴承等自身振动的原因。提出了主泵振动特性分析应包括试验台架整体。将主泵、试验回路和试验台架作为整体,分析了整体的振动特性。结合敲击试验推断振动的原因是试验回路中流体压力脉动的宽频激励引发了主泵和试验台架整体振动,并在低速运行试验中进行验证。在此基础上提出了修改方案,包括增加吸能阻尼器、提前投入缓冲罐和滤波等,重启试验后主泵振动明显减小。     

AP1000核电厂自清洁式主泵Canopy密封环现场焊接质量控制

AP1000反应堆冷却剂主泵采用带有高惯性飞轮的屏蔽泵,依靠辅助叶轮提供循环冷却水实现自身清洁、润滑、密封与冷却功能,在设计寿命60年内免维修。Canopy密封环焊缝作为主泵安装移动部件与泵壳之间的焊缝,起着对主泵内部循环冷却水密封的作用。本文对Canopy密封环焊缝焊接工艺评定、型式试验,以及现场安装焊接过程控制、无损检测等方面的质量控制进行论述,以保证AP1000主泵现场安装焊接的安全、质量与进度。     

起泡条件下矩形窄缝通道内压力场和温度场数值模拟

当矩形窄缝通道由于辐照肿胀产生形变出现起泡结构时,通道内流动传热特性会发生改变。本文采用数值计算方法分析了起泡条件下矩形窄缝通道内流体压力场和温度场分布。结果表明,起泡对流体的阻碍作用会导致流体在第一个起泡前出现压力高点。经过每一个起泡,局部压降均会先飞升后突降,起泡处流体温度上升,壁面温度下降。通过模型计算分析获得了起泡条件对压力场和温度场的影响规律。     

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。