【摘要】：核能作為當(dāng)今社會一種重要的清潔能源,保證核電站安全運行的工作不可或缺。現(xiàn)今普遍使用第三代核電機(jī)組以保障其高可靠性運行。核反應(yīng)堆冷卻劑循環(huán)泵是核電站反應(yīng)堆一回路的核心,也稱核主泵,其主要作用是為一回路冷卻劑的輸送提供動力。保證核主泵的轉(zhuǎn)子部件在高溫高壓、高速轉(zhuǎn)動的條件下長期高可靠運行,關(guān)乎整個核電系統(tǒng)的安全。核主泵水力部件的動力學(xué)分析是至關(guān)重要的。本文以CAP1400屏蔽式核主泵作為研究對象,將轉(zhuǎn)子一并劃分為水力部件范疇,分別對葉輪和轉(zhuǎn)子部件整體的動力學(xué)特性進(jìn)行探究。首先將葉輪簡化為圓盤模型,進(jìn)行了數(shù)值模態(tài)分析并與現(xiàn)有實驗結(jié)果對比;以縮尺葉輪模型為對象,分別研究了邊界條件以及高溫高壓環(huán)境對葉輪模態(tài)特性的影響,并與現(xiàn)有實驗結(jié)果進(jìn)行對比;然后對核主泵的轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行合理的簡化建模,對其進(jìn)行濕模態(tài)分析,探究預(yù)應(yīng)力以及高溫高壓環(huán)境對其整體模態(tài)的影響;而后以真機(jī)葉輪模型為對象進(jìn)行整機(jī)流場分析,得到壓力脈動的頻域特性;找出葉輪可能發(fā)生共振的危險工況,并計算其在真實約束條件下的流體阻尼比以及動應(yīng)力;最后以轉(zhuǎn)子部件為對象進(jìn)行轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析,找出其臨界轉(zhuǎn)速,并對特定情況進(jìn)行不平衡響應(yīng)分析。研究發(fā)現(xiàn):(1)簡化的圓盤濕模態(tài)頻率與干模態(tài)頻率相比均下降25%左右;葉輪的模態(tài)頻率也遵循相同規(guī)律,并隨下潛深度的增加而逐漸下降,隨徑向距離的增加而逐漸上升;葉輪高溫高壓水環(huán)境的固有頻率相比常溫常壓有所增加。(2)轉(zhuǎn)子部件整體濕模態(tài)分析中添加了大慣量飛輪,對結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣影響明顯,相比之下水附加質(zhì)量及阻尼的影響反而削弱了;重力場使轉(zhuǎn)子部件的模態(tài)頻率有些許降低,旋轉(zhuǎn)離心力并未造成轉(zhuǎn)子部件的應(yīng)力剛化效應(yīng);流體作用力增加了系統(tǒng)的阻尼效應(yīng),使得轉(zhuǎn)子部件的固有頻率有所降低;溫度和壓力對結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響與節(jié)徑無關(guān)。(3)來流不均勻?qū)е氯~片前緣處轉(zhuǎn)頻激勵明顯,動靜干涉導(dǎo)致葉片尾緣處13倍頻(導(dǎo)葉通頻)激勵明顯;1節(jié)徑1模態(tài)為最可能發(fā)生共振的危險模態(tài);諧響應(yīng)分析的最大Von Mises應(yīng)力為7.96MPa,出現(xiàn)在葉片前緣根部;最大變形量為3.06μm,出現(xiàn)在葉片尾緣中徑處。(4)轉(zhuǎn)子部件的第1階振型為雙錐形微小擺動,對模態(tài)影響很小;轉(zhuǎn)子部件的第2階振型為“U”形彎曲振動,對模態(tài)影響劇烈;確定其1階臨界轉(zhuǎn)速是1099.21rpm,判斷其為撓性轉(zhuǎn)子;在上飛輪頂部施加不平衡力時,2階臨界轉(zhuǎn)速位置出現(xiàn)了不平衡響應(yīng)峰值64.49μm,此不平衡響應(yīng)在警戒閾值以內(nèi),可以認(rèn)為滿足轉(zhuǎn)子部件振動的安全性要求。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM623

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本文編號：2774710