本文選題：密封　切入點(diǎn)：核主泵　出處：《大連理工大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：我國(guó)正逐漸應(yīng)用第三代核電技術(shù)主泵,消化吸收核主泵關(guān)鍵性技術(shù)并自主化研發(fā)成為我國(guó)目前發(fā)展核電的關(guān)鍵問(wèn)題。本文研究核主泵水力部件相關(guān)不可壓縮流體密封特性,設(shè)計(jì)較高經(jīng)濟(jì)性和安全性的新型密封。 在核電站壓水堆中,核主泵是唯一的旋轉(zhuǎn)設(shè)備,被稱(chēng)為核電站”心臟”設(shè)備,其可靠、高效運(yùn)行是核電站安全運(yùn)行的核心保障。核主泵葉輪的輪蓋和輪盤(pán)與靜止部件間存在動(dòng)靜間隙。輪蓋外表面間隙泄漏失控會(huì)造成大量泄漏流返回到葉輪進(jìn)口,并且干擾主流場(chǎng),導(dǎo)致核主泵效率下降以及揚(yáng)程降低,這可能帶來(lái)反應(yīng)堆制冷劑供給不足,產(chǎn)生溫度過(guò)高的危險(xiǎn),所以采用合理的密封結(jié)構(gòu)控制間隙泄漏成為保證核主泵高效運(yùn)行的重要問(wèn)題。同時(shí),密封流體為葉輪提供附加剛度、阻尼和慣性系數(shù),具有良好動(dòng)力特性的密封結(jié)構(gòu)是葉輪安全穩(wěn)定運(yùn)行的保證。因此,研究開(kāi)發(fā)兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的水力密封成為核主泵水力部件研究的關(guān)鍵課題。 首先,本文研究數(shù)值計(jì)算方法及湍流模型對(duì)不可壓縮流體密封計(jì)算的影響,分別從流場(chǎng)模擬和動(dòng)力特性系數(shù)兩方面進(jìn)行對(duì)比,結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析各數(shù)值計(jì)算方法及湍流模型在模擬泵內(nèi)密封及間隙流動(dòng)的特點(diǎn),同時(shí)對(duì)本文研究方法的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。 其次,本文討論了混流泵葉輪軸向力的計(jì)算�？诃h(huán)密封的設(shè)置改變了葉輪輪蓋和固定部件的間隙的壓力分布,從而改變?nèi)~輪所受軸向力。本文對(duì)理論公式和CFD兩種軸向力求解方法進(jìn)行討論,同時(shí)分析口環(huán)密封對(duì)軸向力的影響,得出了軸向力隨間隙增大而增大的結(jié)論。 再次,不可壓縮流體密封特性是本文的主要研究?jī)?nèi)容,分為泄漏特性和動(dòng)力特性?xún)蓷l研究路線(xiàn)。本文把動(dòng)力特性系數(shù)與流體參數(shù)(壓力和速度)聯(lián)系起來(lái),用流場(chǎng)參數(shù)極坐標(biāo)變換法預(yù)測(cè)泵輪蓋外表面狹長(zhǎng)間隙流體或者光滑環(huán)形密封間隙流體在高轉(zhuǎn)速工況下容易產(chǎn)生負(fù)直接剛度和較大的交叉剛度,可能造成葉輪渦動(dòng)失穩(wěn),而槽道式密封的剛度特性?xún)?yōu)于光滑環(huán)形密封,直接剛度通常為正值且交叉剛度較小,比等截面光滑密封更加穩(wěn)定。但槽道式密封的問(wèn)題在于直接剛度較小,不能為葉輪提供足夠的彈性支承,而螺旋密封的剛度特性?xún)?yōu)于槽道式密封,直接剛度較大,而且交叉剛度為負(fù)值,有抑制旋轉(zhuǎn)部件渦動(dòng)的效果。本文為了進(jìn)一步提高密封的直接剛度,設(shè)計(jì)了楔槽弧線(xiàn)密封,這種密封結(jié)構(gòu)為核主泵葉輪提供穩(wěn)定支承。 在泄漏特性方面,本文用摩擦系數(shù)做為泄漏特性的研究參數(shù),研究核主泵工況下槽道式密封的槽道摩擦系數(shù)隨矩形形狀的變化規(guī)律,得到較高摩擦系數(shù)矩形槽道密封。而螺旋密封的泵送效應(yīng)進(jìn)一步提高了摩擦系數(shù),在不同螺旋角度的螺旋密封中,20度和30度螺旋密封摩擦系數(shù)超過(guò)矩形槽道密封的摩擦系數(shù),證明了螺旋密封具有更高的經(jīng)濟(jì)性。本文設(shè)計(jì)的螺旋雙尖齒密封和楔槽弧線(xiàn)密封更進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)性能,其中螺旋雙尖齒密封的封液能力比矩形螺旋密封提高約兩倍,本文設(shè)計(jì)的三種新密封結(jié)構(gòu)已獲得兩項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)及一項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)。 最后,本文討論了不可壓縮流體密封新型設(shè)計(jì)因素對(duì)于密封的能量耗散和動(dòng)力特性的影響,討論新型密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)效果,為核主泵提供能在大流量高壓工況下穩(wěn)定控制泄漏的新型水力密封。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM623;TH38

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